XCAN
La Combinaison Cohérente de lasers
La combinaison cohérente de faisceaux laser (CBC, Coherent Beam Combination) peut être vu comme le pendant spatial de l’amplification à dérive de fréquence (CPA, Chirp Pulse Amplification). En effet, quand la CPA distribue temporellement l’énergie pour faire chuter la puissance crête avant amplification, la CBC distribue spatialement l’énergie dans le même but. Le concept est illustré sur le synoptique ci-contre où un étage CBC est inséré dans un étage CPA. Les impulsions femtosecondes sont étirées temporellement (jusqu’à 5 ns sur le prototype XCAN du LULI) puis séparées spatialement (en 61 voies sur XCAN) avant d’être amplifiées dans des fibres optiques. Au final, les impulsions sont recombinées spatialement et recomprimées temporellement, et ce de manière cohérente.
Le prototype XCAN
Le prototype XCAN utilise des fibres optiques dopées Ytterbium pour amplifier les trains d’impulsions (200KHz à 55 MHz) laser ultracourtes (~300 fs) infrarouges (1030 nm). Les extrémités de ces fibres sont précisément positionnées (au micron près) dans une tête laser selon un agencement hexagonal comme illustré sur l’image ci-dessous.
La mise en phase
Le film ici illustre la mise en phase des 61 faisceaux amplifiés. L’image de gauche est le champ proche interférant avec une onde de référence pour mesurer les retards de phase à corriger. L’image de droite présente l’évolution simultanée du champ lointain où la figure de tavelure (signature de l’incohérence) disparait pour laisser place à une distribution cohérente d’énergie dans le plan focal de l’optique de focalisation (ici une lentille) utilisée.
Le laser digital
Ajuster la distribution de la lumière à des besoins expérimentaux ou industriels spécifiques est une quête aussi ancienne que l'ingénierie optique. Cependant, ce n'est qu'avec l'invention du laser en 1960 qu’il a été possible de commencer à utiliser de la lumière cohérente à cette fin. Le développement des techniques de combinaison cohérente de multiples faisceaux laser (CBC) ouvre la voie à un changement de paradigme dans le domaine de l’architecture laser où la manipulation de la lumière s’effectue en amont et plus seulement en aval de la source lumineuse en tant que telle. Ainsi l’ingénieur opticien se voit offert la possibilité de façonner la source la plus pertinente pour son application : le prototype laser digital XCAN du LULI permet d’ajuster amplitude et phase (et à terme polarisation) à l’échelle d’un « pixel » (faisceau) élémentaire pour façonner une distribution de champ électrique source arbitraire. A titre d’exemple une phase hélicoïdale permet d’obtenir une distribution annulaire d’énergie en champ lointain (les distributions théoriques et expérimentales sont présentées sur l’image ci-contre).
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