Contexte : MULTISCAN 3D est un projet européen du programme Horizon 2020 visant à développer une technologie en rupture pour les applications de contrôle aux frontières. Le projet consiste à concevoir une source laser-plasma innovante et à la coupler à plusieurs techniques de détection afin d'identifier diverses substances illicites potentiellement contenues au sein de containers. Par défaut, le transport de faisceaux laser femtoseconde s'effectue en espace libre et sous vide, afin de n'endommager ni les surfaces optiques ni les caractéristiques du faisceau. Les récents progrès dans la conception de fibres optiques spéciales (e.g. fibres microstructurées à cœur creux (hollow-core fibers)) permettent d'envisager un déploiement de tels faisceaux par fibres optiques afin d'aboutir notamment à une plus grande flexibilité et à une meilleure stabilité thermomécanique. Toutefois, leur usage sur des longueurs décamétriques nécessite de reconsidérer intégralement l'organisation de la chaîne de transport de lumière pour tenir compte des aspects de tenue en puissance, dispersion et génération non-linéaire.
Dans l’objectif d’apporter une preuve de concept de la transmission de faisceaux laser de puissance par fibre optique exploitable pour une génération laser-plasma, le/la candidat(e) travaillera sur deux volets : un premier volet simulations et un second volet expérimental.
Ces deux volets seront menés au CEA List, avec l’expertise de CEA/IRAMIS.
1_ Volet simulation : Le/la candidat(e) sera en charge de dimensionner par simulation optique (COMSOL, module d’extension Wave Optics) la chaine optique constituée des éléments suivants :
§ En entrée de fibre : couplage optique d’impulsions picosecondes (ps) sous vide dans le cœur de la fibre optique, celle-ci pouvant atteindre une longueur de l’ordre de 15 mètres. Le montage impliquera une optique longue focale et des réglages micrométriques 3D.
§ En sortie de fibre : injection dans un module CPA (Chirped Pulse Amplification) délivrant la compression nécessaire (ps -> fs). Le module CPA est placé en fin de chaine, également sous vide, immédiatement avant l’interaction plasma.
Le/la candidat(e) s’attachera à analyser l’influence des différents paramètres sur la propagation du faisceau en vue de conserver un régime femtoseconde et le niveau de puissance requis pour une conversion laser-plasma efficace.
L’intérêt d’une pré-compression du faisceau (capillaire rempli de gaz) pourra être évalué dans ce cadre.
2_ Volet expérimental :
Le/la candidat(e) conduira des essais expérimentaux en laboratoire sur une ou plusieurs fibres microstructurées à cœur creux (selon disponibilité) afin d’analyser l’impact de la propagation fibrée sur les propriétés du faisceau (puissance crête, largeur d’impulsion, spectre) et procéder à une comparaison avec les simulations. Un laser Ti-Sa femtoseconde (Coherent Astrella @800 nm) serait utilisé pour mener cette validation expérimentale, associé à un autocorrélateur (FemtoEasy) ou un montage FROG (Frequency-Resolved Optical Gating).
La valorisation scientifique des résultats obtenus sera encouragée, sous la forme d’une participation à des conférences internationales du domaine et/ou par la rédaction d’articles de revue à comité de lecture, dans la limite de confidentialité imposée par les autres partenaires.
Docteur ou ingénieur/master ; spécialité optique, fibre optique, laser, optique non-linéaire.