PROGRAMME :
Impulsions femtosecondes : des concepts fondamentaux aux applications
Le programme est détaillé ci-dessous. Vous pouvez aussi télécharger le planning des cours :
Rappels d’optique linéaire :
Notations. Transformée de Fourier.
Représentation analytique. Champ complexe.
Phase spectrale et phase de la porteuse (Carrier Envelope Phase)
Effet de la phase spectrale sur la durée de l’impulsion
Effet de la phase temporelle sur la largeur spectrale
Analogie spatio-temporelle
Représentation temps-fréquence. Chronogramme. Distribution de Wigner.
Rappels d’optique non-linéaire :
Développement non-linéaire de la polarisation induite
Distorsion du signal (mentionner la génération d’harmoniques)
Equation de propagation non-linéaire. Approximation de l’enveloppe lentement variable.
Doublage de fréquence
Différence de fréquences
Effet Kerr
Mélange à 4 ondes
Accord de phase, acceptance spectrale, acceptance angulaire.
Caractérisation spatio-temporelle
Détection aux fréquences optiques>>détection quadratique>>détecteurs insensibles à phi
Mesure de l’intensité (spatiale et spectrale)
Mesure de phase avec référence (interférométrie spatiale et interférométrie spectrale)
Mesure de phase auto-référencée >> non-linéaire
(Autocorrélation du second ordre, FROG (second et troisième ordre), SPIDER, Etude comparative des différentes méthodes)
Façonnage d’impulsions
Contrôle de la dispersion à l’aide d’éléments optiques discrets (compresseur à prismes et réseaux, étireurs, miroirs dispersifs)
Lignes à dispersion nulle. Notion de couplage spatio-temporel
Masques programmables : cristaux liquides, valves optiques, miroirs déformablesExemples de façonnage : amplitude-phase et phase polarisation. Limitations et artefacts
Filtre acousto-optique programmable (dazzler)
Autres techniques de façonnage (transfert dans une autre gamme spectrale, façonnage indirect)
Sources femtosecondes
Oscillateur femtoseconde (combinaison dispersion négative + non-linéarité optique)
Peignes de fréquences
CPA
OPO
OPA (dépletion de la pompe), NOPA, OPCPA
Spectroscopie femtoseconde
Pompe-sonde (transmission, ionisation, …)
Différents artefacts (sonde à dérive de fréquence, oscillations de cohérence)
Spectroscopie multidimensionnelle
Contrôle cohérent
Régime cohérent et régime incohérent
Contrôle cohérent en faible régime : transitoires cohérents
Contrôle cohérent en régime fort.
Boucle ouverte et boucle fermée. Contrôle optimal.
Algorithmes génétiques
Harmoniques d’ordre élevé et impulsions attosecondes
Aspects microscopiques : atome en interaction avec un champ laser intense
Aspects macroscopiques : accord de phase en champ fort
Source de rayonnement UVX femtoseconde : quelques applications
Source d’impulsions attosecondes : conditions à remplir
Métrologie attoseconde
Génération d’impulsions attosecondes isolées
Microscopie non-linéaire
Microscopie de fluorescence excitée à deux photons (2PEF) : Principes, implementation
Microscopie 2PEF en milieu diffusant. Profondeur d’imagerie.
Domaines d’application en biologie
Microscopie non linéaire cohérente : génération d’harmoniques (SHG, THG), CARS
Mise en forme spatiale du faisceau excitateur
Microscopie avec des impulsions à spectre large ; mise en forme spectrale
Microdissection 3D de structures biologiques avec des impulsions femtosecondes
Optique quantique
Non-linéarités optiques et effets quantiques : l’intérêt du régime femtoseconde
Réaliser de la lumière non classique avec des fibres optiques, avec un OPO
Détection homodyne et détection à photons uniques
Absorption à deux photons en régime quantique
TP numérique :
Introduction à Scilab (amphi)
Transformée de Fourier discrète
Phase spectrale, phase temporelle
Dispersion linéaire
Doublage de fréquence d’une impulsion à spectre large
Propagation non-linéaire. Méthode du pas fractionné.
Propagation dans un oscillateur femtoseconde (1D)
MODALITE PEDAGOGIQUE :
L’école sera essentiellement constituée de cours de synthèse sur les différents aspects du sujet. Conformément aux usages très bien rôdés du centre des Houches, l’école est prévue sur une durée de 4,5 jours avec une moyenne de 4 cours d’une heure trente par jour. Le nombre d’intervenants a été délibérément limité afin d’optimiser la cohérence pédagogique de la formation. Ces cours seront entrecoupés d’ateliers numériques en lien direct avec les concepts fondamentaux exposés en cours.
INTERVENANTS
E. Beaurepaire (LOB)
B. Chatel (LCAR-IRSAMC)
N. Forget (Fastlite)
M. Joffre ( LOB)
P. Salières (CEA)
N. Treps (LKB)
Pour l’encadrement des TP numériques :
M. Joffre (LOB), N. Forget(Fastlite),
S. Weber (LCAR), G. Labroille (LOB).