Depuis les années 1980, le Laboratoire Interactions dynamiques et lasers (Lidyl) de l'Iramis développe des sources lasers pulsées pour explorer la matière avec une résolution temporelle toujours plus fine.
- Au début des années 1990, l'avènement des lasers titane-saphir (dont le milieu amplificateur est l'alumine Al2O3 dopée avec des ions de titane) et la technique d'amplification à dérive de fréquence (Chirped pulse amplification ou CPA) a permis l'essor de la physique attoseconde (1 as = 10-18 s), à l'échelle de temps caractéristique de la dynamique des structures électroniques.
- Ces dernières années, les performances des lasers à fibre dopée aux ions ytterbium (Yb3+) ont fortement progressé. Couplées à des techniques de « post-compression » des impulsions laser, ces sources laser concurrencent désormais les lasers titane-saphir et ouvrent une nouvelle ère pour l'attophysique.
La plateforme ATTOLab a donc décidé d'opérer en 2024 une migration d'ampleur vers ces systèmes afin de rester à la pointe de la technologie.
Les lasers ytterbium qui équiperont la plateforme ATTOLab présentent les performances suivantes :
- puissance de 25 GW par impulsion, à 100 kHz ;
- stabilité en énergie et pointé tir à tir 2 à 3 fois supérieure aux lasers existants, qui augmente la sensibilité des expériences ;
- taux de répétition largement supérieur (40 et 100 kHz) et accordable.
Pour tirer pleinement profit des lasers à ytterbium, il a cependant fallu raccourcir la durée de leurs impulsions, bien plus longue que celle des lasers titane-saphir, ce qui nécessite d'élargir leur bande spectrale, qui, trop étroite, pénalisait la génération d'harmoniques laser d'ordres élevés et la production des impulsions attoseconde.
Après dix ans de recherches intenses, plusieurs laboratoires, parmi lesquels le Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'Optique Graduate School (IOGS), ont développé un étage de « post-compression » des impulsions laser dont le Lidyl possède une bonne expérience. Cette technique permet de ramener la durée d'impulsion en dessous de 30 femtosecondes (10-15 s). En répétant l'opération avec un 2e étage, il est possible d'atteindre 10 fs.
Des expériences de démonstration menées au Lidyl, dans le cadre d'une veille technologique en collaboration avec le Laboratoire Charles Fabry et les entreprises FastLite et Amplitude, ont montré que les sources laser de puissance basées sur le dopage Yb3+ réunissent toutes les qualités requises pour alimenter une ligne attoseconde performante.
Le lancement du PEPR LUMA, dont le Lidyl constitue une plateforme expérimentale centrale, et l'obtention de deux bourses ERC Starting Grant par de jeunes recrutés du Lidyl, permettent aujourd'hui de prendre ce virage, anticipé et planifié depuis quelques années. Ainsi, d'ici mi-2024, quatre lasers Yb3+ et leurs cellules de post-compression associées, cumulant 260 W de puissance optique utile, avec des impulsions dans la gamme de durée des 30 fs, seront installés et optimisés par les groupes ATTO, DICO et SLIC qui travaillent conjointement sur ce projet.