Disertacija yra skirta sukurti, ištirti ir optimizuoti didelės galios Nd: YAG lazerių sistemą efektyviam moduliuotos fazės signalų optinių parametrinių stiprintuvų kaupinimui. Ypatingas dėmesys yra skiriamas Nd:YAG stiprintuvų išvadinių impulsų laikinių parametrų formavimui. Pademonstravome, kad Fabry-Pero interferometrų panaudojimas Nd:YAG dvipakopio regeneracinio stiprintuvo rezonatoriuose leidžia stiprinamų impulsų trukmę padidinti nuo ~ 60 fs iki 100 ps. Tuo tarpu išvadinių impulsų laikinės plėtros mastas bei gaubtinės moduliacijos gylis gali būti valdomas keičiant etalonų atspindžio koeficientą, o jų gaubtinės moduliacijos vertė mažiausia, kai etalonų storio santykis artimas 2. Sustiprintų impulsų kontrasto gerinimui pirmą kartą pritaikėme netiesinį antros eilės filtrą, veikiantį fundamentinės spinduliuotės poliarizacijos sukimo, išderintame antros harmonikos generatoriuje, efekto pagrindu. Tokiu būdu Nd:YAG stiprintuvuose sustiprintų impulsų kontrasto vertė pagerinta apie 102 kartų. Taip pat pademonstruota, kad Nd: YAG stiprinimo sistemos išėjime naudojant pakopinius antros harmonikos generacijos procesus, Gauso formos impulsus galima transformuoti į hipergauso impulsus. Sukurta didelės išvadinės energijos pikosekundinė Nd:YAG stiprintuvų sistema yra optiškai sinchronizuota su užduodančio femtosekundinio Yb:KGW osciliatoriaus impulsais ir turi ~ 300 mJ , 75 ps trukmės Gauso impulsų bei 100 mJ, > 100 ps trukmės hipergauso laikinės formos impulsų išvadus. / This thesis was aimed to develop, investigate and optimize high power Nd:YAG laser system for OPCPA (Optical Parametric Chirped Pulse Amplifiers) pump. The particular attention is paid for the temporal characteristics of the Nd:YAG amplifies output pulse. Employment of Fabry-Perоt etalons in the cavities of two-stage Nd:YAG regenerative amplifier enables for amplified pulse stretching from 60 fs to ~ 100 ps pulse widths. The modulation of amplified pulse envelope is minimal when ration of thickness of the etalons is around 2. Envelope modulation can be controlled by changing the reflectivity of etalons. In order to improve amplified pulse contrast, we for the first time to our knowledge implemented second order intensity dependent filter, based on the effect of fundamental pulse polarization rotation in unbalanced second harmonic generators. By using this method, the contrast of the output pulses was improved by >102 times. We also demonstrated that Gaussian pulses from the output of Nd: YAG amplifiers can be transformed into flat–top pulses by using cascade second harmonic generation processes. The developed high output energy Nd:YAG amplifiers system for OPCPA pumping is optically synchronized with pulses of Yb:KGW oscillator and features two 532 nm outputs with pulse parameters: a) Gaussian pulse profile, ~ 300 mJ energy, 75 ps pulsewidth; b) hiper- Gaussian pulse profile, ~100 mJ energy, pulse width 100-150 ps.

This thesis was aimed to develop, investigate and optimize high power Nd:YAG laser system for OPCPA (Optical Parametric Chirped Pulse Amplifiers) pump. The particular attention is paid for the temporal characteristics of the Nd:YAG amplifies output pulse. Employment of Fabry-Perоt etalons in the cavities of two-stage Nd:YAG regenerative amplifier enables for amplified pulse stretching from 60 fs to ~ 100 ps pulse widths. The modulation of amplified pulse envelope is minimal when ration of thickness of the etalons is around 2. Envelope modulation can be controlled by changing the reflectivity of etalons. In order to improve amplified pulse contrast, we for the first time to our knowledge implemented second order intensity dependent filter, based on the effect of fundamental pulse polarization rotation in unbalanced second harmonic generators. By using this method, the contrast of the output pulses was improved by >102 times. We also demonstrated that Gaussian pulses from the output of Nd: YAG amplifiers can be transformed into flat–top pulses by using cascade second harmonic generation processes. The developed high output energy Nd:YAG amplifiers system for OPCPA pumping is optically synchronized with pulses of Yb:KGW oscillator and features two 532 nm outputs with pulse parameters: a) Gaussian pulse profile, ~ 300 mJ energy, 75 ps pulsewidth; b) hiper- Gaussian pulse profile, ~100 mJ energy, pulse width 100-150 ps. / Disertacija yra skirta sukurti, ištirti ir optimizuoti didelės galios Nd: YAG lazerių sistemą efektyviam moduliuotos fazės signalų optinių parametrinių stiprintuvų kaupinimui. Ypatingas dėmesys yra skiriamas Nd:YAG stiprintuvų išvadinių impulsų laikinių parametrų formavimui. Pademonstravome, kad Fabry-Pero interferometrų panaudojimas Nd:YAG dvipakopio regeneracinio stiprintuvo rezonatoriuose leidžia stiprinamų impulsų trukmę padidinti nuo ~ 60 fs iki 100 ps. Tuo tarpu išvadinių impulsų laikinės plėtros mastas bei gaubtinės moduliacijos gylis gali būti valdomas keičiant etalonų atspindžio koeficientą, o jų gaubtinės moduliacijos vertė mažiausia, kai etalonų storio santykis artimas 2. Sustiprintų impulsų kontrasto gerinimui pirmą kartą pritaikėme netiesinį antros eilės filtrą, veikiantį fundamentinės spinduliuotės poliarizacijos sukimo, išderintame antros harmonikos generatoriuje, efekto pagrindu. Tokiu būdu Nd:YAG stiprintuvuose sustiprintų impulsų kontrasto vertė pagerinta apie 102 kartų. Taip pat pademonstruota, kad Nd: YAG stiprinimo sistemos išėjime naudojant pakopinius antros harmonikos generacijos procesus, Gauso formos impulsus galima transformuoti į hipergauso impulsus. Sukurta didelės išvadinės energijos pikosekundinė Nd:YAG stiprintuvų sistema yra optiškai sinchronizuota su užduodančio femtosekundinio Yb:KGW osciliatoriaus impulsais ir turi ~ 300 mJ , 75 ps trukmės Gauso impulsų bei 100 mJ, > 100 ps trukmės hipergauso laikinės formos impulsų išvadus.

Rapidly developing areas of high field physics, generation of high order harmonics or isolated attosecond pulses, require high peak power few-cycle pulse sources. Optical parametric chirped pulse amplification (OPCPA) has shown potential to satisfy these requirements and at present OPCPA is the leading technology for high energy few-cycle pulse table-top systems. The main objectives of this thesis were to investigate optical parametric amplification of broadband seed pulses in femtosecond and picosecond regimes, to develop and optimize a compact TW-scale OPCPA system intended for various applications in areas of high-field physics. In this thesis the main concept of such system is discussed, advantages and disadvantages of proposed approach are analyzed, the setup is compared to other world known systems. In this thesis an original approach for power scaling of regenerative amplifier by implementing several active elements in prolonged resonator has been proposed and investigated. Femtosecond pulse amplification in dual active element Yb:KGW regenerative amplifier has been demonstrated, resulting in boost of average output power to 30 W. Broad bandwidth pulse generation, parametric amplification and compression to transform limited values were analyzed both numerically and experimentally. White light continuum generation in bulk material for broadband seed formation, its further optical parametric amplification in noncollinear scheme were investigated and Yb:KGW driven... [to full text] / Stiprių laukų fizikos srities tyrimams, aukštų eilių harmonikų ir pavienių atosekundinių impulsų generavimui, yra reikalingos kompaktiškos teravatų smailinės galios kelių optinių ciklų išvadinių impulsų lazerinės sistemos. Optinis parametrinis „čirpuotų“ impulsų stiprinimas yra vienas pagrindinių metodų leidžiančiu pasiekti šiems taikymams reikalingus lazerinių sistemų parametrus. Šios disertacijos darbo tikslas – ištirti femtosekundinės ir pikosekundinės trukmės impulsų stiprinimą optiniuose parametriniuose stiprintuvuose užkratui naudojant ypač plataus spektro signalą, bei sukurti ir optimizuoti čirpuotų impulsų parametrinio stiprinimo sistemą, užtikrinančią patikimą teravatų smailinės galios impulsų formavimą. Disertacijoje aptariama bendra tokios sistemos architektūra, nagrinėjami privalumai ir trūkumai, palyginama su kitomis pasaulyje egzistuojančiomis sistemomis. Šiame darbe pasiūlytas ir ištirtas lazerių vidutinės išvadinės galios didinimo metodas, naudojant kelis aktyviuosius elementus viename rezonatoriuje, ir pademonstruotas femtosekundinių impulsų stiprinimas šio metodo pagrindu sukonstruotame dviejų Yb:KGW aktyvių elementų regeneratyviniame stiprintuve, tokiu būdu padidinant lazerio išvadinę galią iki 30 W. Darbo metu sukonstruota bei ištirta Yb:KGW femtosekundiniu lazeriu kaupinamos baltos šviesos kontinuumo generavimo ir nekolinearaus kaupinimo optinio parametrinio stiprinimo sistema, kurios išvadinių impulsų energiją siekia 20 mikrodžiaulių, o impulsai... [toliau žr. visą tekstą]

Ce manuscrit décrit l’étude et la mise en œuvre d’une source laser ultrarapide à taux de répétition élevé dans l’infra-rouge moyen, pour des applications à la physique des champs forts et à la spectroscopie moléculaire multidimensionnelle. Cette source est basée sur le phénomène d’amplification paramétrique optique à dérive de fréquence, qui permet la génération d’impulsions de quelques cycles optiques.Tout d’abord, nous présentons les applications de ces sources, ainsi que leurs paramètres importants, débouchant sur un cahier des charges pour la source à l’étude. Un état de l’art des sources paramétriques présentées dans la littérature scientifique nous permet ensuite d’appréhender la diversité des architectures et des performances atteintes. En particulier, nous soulignons les points cruciaux que sont la nature et les performances du laser de pompe, le mécanisme de génération du signal à amplifier, ainsi que la robustesse de la synchronisation temporelle entre le signal et la pompe.Nous étudions ensuite la possibilité d’émettre un signal autour de la longueur d’onde de 1,55 µm à partir d’impulsions femtoseconde de pompe à 1,03 µm par génération de supercontinuum dans un cristal massif de YAG. Nous menons ainsi une étude détaillée des propriétés de la partie infra-rouge du supercontinuum obtenu, en termes de contenu spectral, cohérence, propriétés statistiques tir à tir et long terme, et propriétés spatiales. Cette étude nous permet de conclure sur la validité de cette approche pour générer le signal à amplifier.Nous arrivons donc à définir une architecture inédite basée sur l’utilisation d’un laser de pompe basé sur un amplificateur à fibre dopée ytterbium de forte énergie délivrant des impulsions de 300 fs 400 µJ à la cadence de 125 kHz. La durée courte rendue possible par le choix de cette technologie de pompe nous permet de bénéficier d’un certain nombre d’avantages importants : la génération efficace de supercontinuum autour de 1,55 µm, ce qui entraine une synchronisation temporelle très robuste entre pompe et signal. D’autre part le couple étireur – compresseur est constitué de simples lames de matériaux massifs, ce qui permet une grande efficacité et une gestion simplifiée de la phase spectrale. Enfin, la courte durée de pompe augmente le seuil de dommage en intensité crête, ce qui permet l’utilisation de cristaux non linéaires courts et augmente la bande spectrale d’amplification. Des expériences supplémentaires sont menées pour étudier les phénomènes limitant la puissance au sein des cristaux de MgO:PPLN. Les étages d’amplification sont tous réalisés en géométrie colinéaire, ce qui permet d’utiliser le signal et l’idler sans introduction de chirp angulaire. Toutes ces caractéristiques permettent la génération de deux faisceaux en sortie portant des impulsions de 50 fs 20 µJ à 1550 nm et 70 fs 10 µJ à 3,1 µm. / This thesis describes the design and construction of an ultrafast high repetition rate laser source in the mid-IR, for applications in strong-field physics and multidimensional molecular spectroscopy. This source is based on optical parametric chirped-pulse amplification, allowing the generation of few-cycle pulses.We first present some applications of these lasers, along with important parameters, to define specifications for the considered source. We then briefly outline the state of the art of similar ultrafast sources described in the literature, to highlight the variety of architectures and performances. In particular, several key points are identified, namely the nature and performances of the pump laser source, the method to generate a seeding signal, and the robustness of temporal synchronization between pump and signal pulses.We proceed to study the possibility of emitting a seed signal around 1.55 µm wavelength by supercontinuum generation in a bulk YAG crystal from femtosecond pump pulses at 1.03 µm. A detailed analysis of the properties of the infrared spectral content of the supercontinuum is carried out, focusing on spectral bandwidth, coherence, shot-to-shot and long term stability, and spatial properties. This work allows us to conclude that supercontinuum generation is a valid approach to generate the seed signal.This leads us to define a novel architecture built around an ytterbium-doped fiber femtosecond pump source delivering 300 fs 400 µJ pulses at a repetition rate 125 kHz. The short pump pulse duration compared to bulk Yb:YAG or Nd:YVO4 based systems results in a number of important advantages. First, it allows efficient seeding at 1550 nm using supercontinuum generation directly from the pump pulses in a bulk YAG crystal, resulting in extremely robust passive pump – signal synchronization. The short pump pulse duration also allows the use of millimeter to centimeter lengths of bulk materials to provide stretching and compression for the signal and idler, which minimizes the accumulation of higher-order spectral phase. Finally, the shorter pump pulse duration increases the damage peak intensity, permitting the use of shorter nonlinear crystals to perform the amplification, which increases the spectral bandwidth of the parametric process. Additional experiments are performed to sort out the phenomena that limit power scaling in MgO:PPLN crystals. The OPCPA stages are all operated in collinear geometry, allowing the use of both signal and idler without the introduction of angular chirp on the latter. These points result in the dual generation of 70 fs 23 µJ signal pulses at 1550 nm and 60 fs 10 µJ idler pulses at 3070 nm from a simple setup.

Die Weiterentwicklung von Ultrakurzimpulslaserquellen hat die Horizonte für Wissenschaft, Medizin und Industrie stetig erweitert. Ultrakurze Impulsdauern und hohe Energien erzeugen Spitzenleistungen auf der Gigawatt-Skala, deren zeitliche und spektrale Charakteristik ideale Voraussetzungen für nichtlineare zeitaufgelöste Spektroskopie und ultraschnelle nichtlineare Optik bieten. Die Untersuchung von Molekülschwingungen im sogenannten Fingerabdrucksbereich (engl. fingerprint region) und die effiziente lasergetriebene Erzeugung von Hohen-Harmonischen- und Röntgenimpulsen benötigen Laserquellen im mittleren bis langwelligen Infrarot. Da oberhalb einer Wellenlänge von 4 μm keine Festkörperlaserquellen existieren, hat sich optische parametrische Verstärkung zur Schlüsseltechnik in diesem Wellenlängenbereich entwickelt. In dieser Arbeit werden Laserimpulse oberhalb von 4 μm Wellenlänge mittels optischer parametrischer Verstärkung gestreckter Impulse erzeugt, deren Energien den Micro- bis Millijoule Bereich bei einer Kilohertz-Wiederholrate erreichen. Die Pumpwellenlänge von 2 μm ist vorteilhaft gegenüber den üblicherweise verwendeten Pumpen im nahen Infraroten und erlaubt zur Generation der Eingangsspektren besonders innovative kompakte Laserarchitekturen. Es werden zwei Systeme im mittleren und langwelligen Infrarot entwickelt basierend auf einem Cr:ZnS Eingangslaser, die bisherigen Systemen in Energie und Spitzenleistungen überlegen sind. Während sich die Laserquelle im mittleren Infraroten durch seine Durchstimmbarkeit auszeichnet, wird mit den langwelligen infraroten Impulsen erstmals einen nichtlineare Absorptionsmessung an Wasser durchgeführt. / The progress in the development of ultrafast laser sources has opened up new horizons in science, medicine and industry. Pulses of ultrashort duration and high energy reach gigawatt peak power which offer ideal conditions for time-resolved nonlinear absorption spectroscopy and ultrafast nonlinear optics. The investigation of vibrational states of biomolecules in the so-called fingerprint region and strong-field experiments aiming for the generation of high-harmonics or x-rays quest for such laser sources in the mid- to long-infrared spectral range. Due to the lack of existing solid state lasers beyond 4 μm, optical parametric amplification has emerged as the key technique to generate adequate infrared pulses. In this work, optical parametric chirped pulse amplification (OPCPA) is the key technique used to generate 100 μJ-level energy pulses at kHz repetition rate beyond 4 μm. In this context, novel front-end architectures are designed, tailored to compactness and to exploit the advantages of 2 μm pumped OPCPA over the typically used near-infrared drivers around 1 μm. The novel front-end based on a femtosecond Cr:ZnS oscillator emitting 30 fs pulses at 2.4 μm provides the necessary spectral components for the 2 μm pump and the signal. Two OPCPA systems in the mid-wave infrared (MWIR) and long-wave infrared (LWIR) spectral region, superior in terms of pulse energy and peak power compared with existing systems, are developed. While the tunability of the first system is unique, the second system is used to for the first time demonstrate a nonlinear transmission experiment in water by direct excitation of the L2 libration.

La chaîne laser Apollon 10PW est un projet de grande envergure visant à fournir des impulsions de 10 PW et atteindre des intensités sur cibles de 10^22 W/cm^2. Dans l’état de l'art actuel, les lasers à dérive de fréquence (CPA) de haute intensité à base de cristaux titane saphir (Ti:Sa), sont limités à des puissances de crête de 1,3 PW pour des impulsions de 30-fs, en raison du rétrécissement spectral par gain dans les amplificateurs. Pour accéder au régime multipetawatt, le rétrécissement de gain doit être évité. Pour cela une technique alternative d’amplification appelée amplification paramétrique optique d'impulsions à dérive de fréquence (OPCPA) est utilisée. Elle offre la possibilité d’amplifier sur des très larges bandes spectrales de gain et d’accéder à des durées d'impulsion aussi courtes que 10 fs. Le laser Appolon 10 PW exploite une technologie hybride d’OPCPA et de Ti:Sa-CPA pour atteindre in fine des impulsions de 15 fs avec une énergie de 150 J. L’OPCPA est réalisé essentiellement sur les étages d'amplification de basse énergie et de très fort gain (ou le rétrécissement par le gain se fait le plus ressentir), ceci pour obtenir des impulsions de 100 mJ, 10 fs. Deux étages OPCPA sont préus ; le premier en régime picoseconde, le second en régime nanoseconde, et subséquemment on utilisera le Ti:Sa pour l'amplification de très haute énergie pour atteindre le régime multi-Joule.Les travaux de cette thèse porte sur le pilote OPCPA du laser Apollon-10 PW et se concentre sur le développement d’une source d’impulsions ultra-courtes avec un contraste élevé. Pour atteindre l’objectif final de 15 fs, 150 J, le pilote doit permettre l’obtention d’impulsions dont le spectre supporte des durées de 10 fs, ceci avec un contraste temporel d'au moins 10^10. Dans cette thèse nous nous intéressons à la mise en œuvre des premiers étages du pilote. Ce travail concerne les étages de compression, de nettoyage d’impulsions et d’amplification OPCPA en régime picoseconde. Ainsi, en partant d'une source commerciale Ti:Sa délivrant des impulsions de 25-fs avec un contraste de 10^8, nous réalisons tout d’abord un élargissement spectral par auto-modulation de phase et une amélioration du contraste par génération de polarisation croisée (XPW). Ensuite, nous nous intéressons aux différents étireurs ps possibles incluant un filtre dispersif programmable (dazzler) en vue d’injecter l’OPCPA picoseconde de manière optimale. La solution directe utilisant un bloc de verre BK7 a été retenue et son association avec un compresseur compact pour le diagnostique de la compressibilité a été étudiée. Enfin, l’amplificateur OPCPA ps a été mis en œuvre dans des configurations à simple et double étages. / The Apollon-10 PW laser chain is a large-scale project aimed at delivering 10 PW pulses to reach intensities of 10^22 W/cm^2. State of the art, high intensity lasers based solely on chirped pulse amplification (CPA) and titanium sapphire (Ti:Sa) crystals are limited to peak powers reaching 1.3 PW with 30-fs pulses as a result of gain narrowing in the amplifiers. To access the multipetawatt regime, gain narrowing can be suppressed with an alternative amplification technique called optical parametric chirped pulse amplification (OPCPA), offering a broader gain bandwidth and pulse durations as short as 10 fs. The Apollon-10 PW laser will exploit a hybrid OPCPA-Ti:Sa-CPA strategy to attain 10-PW pulses with 150 J and 15 fs. It will have two high-gain, low-energy amplification stages (10 fs ,100 mJ range) based on OPCPA in the picosecond and nanosecond timescale and afterwards, and will use Ti:Sa for power amplification to the 100-Joule level.Work in this thesis involves the progression of the development on the Apollon-10 PW front end and is focused on the development of a high contrast, ultrashort seed source supporting 10-fs pulses, stretching these pulses prior to OPCPA and the implementation of the picosecond OPCPA stage with a target of achieving 10-mJ pulses and maintaining its bandwidth. To achieve the final goal of 15-fs, 150-J pulses, the seed source must have a bandwidth supporting 10-fs and a temporal contrast of at least 10^10. Thus from an initial commercial Ti:Sa source delivering 25-fs pulses with a contrast of 10^8, spectral broadening via self-phase modulation and contrast enhancement with cross polarized (XPW) generation was performed. Subsequently, the seed pulses were stretched to a few picoseconds to match the pump for picosecond OPCPA. Strecher designs using an acousto-optic programmable dispersive filter (dazzler) for phase control in this purpose are studied. A compact and straightforward compressor using BK7 glass is used and an associated compressor for pulse monitoring was also studied. Lastly, the picosecond OPCPA stage was implemented in single and dual stage configurations.

A l'instar du Ti:saphir, certains amplificateurs paramétriques optiques (OPA) possèdent des bandes de gain suffisamment larges pour générer et amplifier des impulsions optiques parmi les plus courtes (<100fs). A partir de ce constat, une double problématique est développée : dans quelle mesure peut-on utiliser des amplificateurs paramétriques en lieu et place des amplificateurs laser utilisés, que ce soit dans les chaînes d'amplification à dérive de fréquence (CPA) ou dans les oscillateurs à modes bloqués ?<br />La première partie de ce mémoire est consacrée à un rappel de la physique du mélange à trois ondes dans les cristaux massifs, suivi d'une interprétation géométrique des solutions obtenues en ondes planes. <br />La seconde partie est consacrée à l'étude expérimentale des performances de l'amplification paramétrique optique à dérive de fréquence (OPCPA) à 1054 nm.. <br />Deux préamplificateurs OPCPA présentant des gains supérieurs à 106, l'un à base de cristaux massifs de BBO, l'autre à base de PPLN, sont étudiés et comparés expérimentalement. La question du contraste temporel des impulsions amplifiées par OPCPA – question centrale pour les sources ultra-intenses – fait l'objet d'études théoriques et expérimentales spécifiques. Le contraste de plusieurs sources OPCPA sont comparés et ses diverses composantes (fluorescence paramétrique, bruit d'amplitude sur l'impulsion de pompe) sont identifiées et quantifiées.<br />La dernière partie du travail de thèse porte sur la possibilité de réaliser un oscillateur paramétrique optique à modes bloqués (ML-OPO) à partir d'une source de pompe continue. Ce travail comporte également un volet théorique et un volet expérimental : une étude théorique systématique des ML-OPO (simplement et doublement résonnants) et la première démonstration expérimentale d'un ML-OPO quasi-continu et doublement résonnant à 1 micron.

The generation of high current multi-MeV protons and ions by irradiation of short pulse high intense laser on an ultra-thin target has been observed and subjected great interest in recent. When ultra-thin overdense target is irradiated by focused ultraintense laser pulse, hot electrons are generated by various mechanisms and they generate energetic ion beams. In TNSA, a quasi-electrostatic field is produced on the target rear surface when the the laser pulse interacts with overdense target, driving hot electrons go torward the target rear surface. However, this mechanism results in a range of field gradients leading to a broad proton energy distribution typically. To overcome the issue, an alternative accelration mechanism has been presented to achieve the quasi-monoenergetic proton acceleration and the mechanism is called Radiation Pressure Acceleration. In the RPA, the radiation pressure push electrons into the target smoothly and setting up an electrostatic field by the laser pressure. In this thesis, we study two alternative experimental methods for the quasi-monoenergetic proton acceleration and find experimental feasibility of the presented methods from other research groups. / text

The Apollon-10 PW laser chain is a large-scale project aimed at delivering 10 PW pulses to reach intensities of 10^22 W/cm^2. State of the art, high intensity lasers based solely on chirped pulse amplification (CPA) and titanium sapphire (Ti:Sa) crystals are limited to peak powers reaching 1.3 PW with 30-fs pulses as a result of gain narrowing in the amplifiers. To access the multipetawatt regime, gain narrowing can be suppressed with an alternative amplification technique called optical parametric chirped pulse amplification (OPCPA), offering a broader gain bandwidth and pulse durations as short as 10 fs. The Apollon-10 PW laser will exploit a hybrid OPCPA-Ti:Sa-CPA strategy to attain 10-PW pulses with 150 J and 15 fs. It will have two high-gain, low-energy amplification stages (10 fs ,100 mJ range) based on OPCPA in the picosecond and nanosecond timescale and afterwards, and will use Ti:Sa for power amplification to the 100-Joule level.Work in this thesis involves the progression of the development on the Apollon-10 PW front end and is focused on the development of a high contrast, ultrashort seed source supporting 10-fs pulses, stretching these pulses prior to OPCPA and the implementation of the picosecond OPCPA stage with a target of achieving 10-mJ pulses and maintaining its bandwidth. To achieve the final goal of 15-fs, 150-J pulses, the seed source must have a bandwidth supporting 10-fs and a temporal contrast of at least 10^10. Thus from an initial commercial Ti:Sa source delivering 25-fs pulses with a contrast of 10^8, spectral broadening via self-phase modulation and contrast enhancement with cross polarized (XPW) generation was performed. Subsequently, the seed pulses were stretched to a few picoseconds to match the pump for picosecond OPCPA. Strecher designs using an acousto-optic programmable dispersive filter (dazzler) for phase control in this purpose are studied. A compact and straightforward compressor using BK7 glass is used and an associated compressor for pulse monitoring was also studied. Lastly, the picosecond OPCPA stage was implemented in single and dual stage configurations.

Dans le cadre d'études menées autour du programme PETAL, nous avons développé de nouvelles architectures pour la pré-amplification d'impulsions par amplification paramétrique optique à dérive de fréquence (OPCPA). Dans ce travail, nous considérons l'OPCPA comme un moyen de contrôle et de mise en forme des impulsions. Nous suggérons trois architectures lasers qui aspirent chacune à répondre à des défauts de la technique OPCPA ou des chaînes dédiées à la FCI. Ainsi, nous pallions un possible défaut de recouvrement temporel entre les impulsions pompe et signal, lequel induit une mauvaise extraction d'énergie lors du processus paramétrique. Dans ce cadre, nous avons démontré qu'une cavité régénérative OPCPA, résonnante sur l'onde complémentaire, permet d'optimiser l'amplification. Au-delà ce système permet de produire un train de répliques amplifiées de l'onde signal. Notre second montage vise à pré-compenser le rétrécissement spectral par le gain en façonnant les impulsions signal au niveau de l'étage OPCPA dans les domaines spatial et spectral. Nous avons démontré que ceci pouvait être réalisé en mettant en forme temporellement et spatialement le faisceau pompe. Enfin, nous proposons un OPCPA basé sur l'adressage spatial et l'amplification uniforme des composantes spectrales dans un cristal à polarisation périodique de type éventail.