UltrafastLabs France

Les Plateaux de Sciences Ultrarapides cités ci-dessous sont des installations françaises performantes qui permettent de s’intéresser à différents domaines allant de la phase gazeuse à la phase liquide, solide et plasma. Ils couvrent des outils de spectroscopies et des domaines spectraux très variés.

Ces plateaux peuvent accueillir des collaborations qui peuvent être financées par l’appel à collaborations du GDR UP.

Vous pouvez intégrer vos installations à cette liste en contactant les membres du bureau du GDR UP.

LASIRe (Lille) : Photochimie moléculaire en phase condensée, assemblages supramoléculaires photo-fonctionnels, matériaux poreux photoactifs et photocalyseurs (LASIRe)


contact : Vincent de Waele

INSTALLATIONS :

1) Chaîne laser amplifiée Ti:Sa 1 kHz, 100 fs, 1 mJ, équipée d’un OPA UV-vis-NIR, couplée à un dispositif pompe-sonde d’absorption transitoire possédant les caractéristiques suivantes :

  • génération d’un continuum comme sonde optique (330-750 nm)
  • détection multicanale à l’aide d’une caméra CCD
  • ligne à retard jusqu’à 2 ns
  • cellules optiques à circulation pour la mesures des échantillons liquides, et sous environnements contrôlés pour les solides.
  • Mesure en transmission ou réflexion spéculaire.

2) Chaîne laser amplifiée Ti:Sa 1kHz, 100 fs, 4 mJ, équipée d’un OPA UV-vis-NIR fs, d’un OPA + DFG fs, et d’un OPA UV-vis ps. Cette chaîne laser est équipée :

  • d’un dispositif pompe-sonde d’absorption transitoire fs dans le domaine moyen IR entre 3-14 µm pour des mesures en solutions ou à l’état solide, en transmission, et sous environnement contrôlé (10-6 mbar-1 atm, 100 K-500K, typiquement)
  • en cours de réinstallation, un dispositif de spectroscopie Raman picoseconde (sonde avec des impulsions d’un durée 1.5-2 ps et d’une largeur 10 cm-1, accordables dans le domaine UV-vis), pompe avec des impulsion UV-vis-NIR de 100 fs. Détection avec un caméra CCD-LN2

3) Oscillateur Ti:Sa, 80 Mhz, équipé d’un OPO, de dispositifs doubleur et tripleur de fréquence, et d’un pulse picker. L’ensemble est dédié à la spectroscopie de photoluminescence par comptage de photon en solution, ou en mode imagerie.

4) Chaîne laser amplifiée 5 mJ, 1 kHz, <35 fs, équipée de deux OPA UV-vis-NIR

Une dispositif kHz d’absorption transitoire adapté pour les impulsions ultrabrèves (< 35 fs), pour la mesure de spectres d’absorption dans la domaine UV-vis (320-750 nm), et dans le domaine NIR (900 nm-1700 nm). Ligne à retard de 4 ns (ou 8 ns) avec auto alignement des faisceaux. Ce dispositif est configuré pour les mesures en transmission ou réflexion spéculaire, et dispose d’un large espace pour l’accueil des portes échantillons, cryostat….    

Ces équipements sont complétés par des dispositifs d’absorption et d’émission transitoire nanoseconde, ainsi que par les spectromètres stationnaires UV-vis (Absorption, Fluorescence, Raman) et infrarouge / proche-infrarouge, du pôle de Spectroscopie et d’Analyse Moléculaire (SAM) du LASIRE, pour les caractérisations et le contrôle des échantillons.

GPM (Rouen) : Émission d’ions et d’électrons ultra-rapide à partir de nanostructures. Propriétés optique des matériaux sous champ électrique intense et/ou sous forte traction (GPa)

Contact: Angella Vella

INSTALLATIONS :

– Sources femto :

Laser Ti-Sapphire Model Spitfire de  Spectra Physics durée 45 fs à 800 nm wavelength taux de répetition 1 kHz and energie maximale de 4 mJ, équipé avec OPA Topas C (1160-2600nm), Vis-UV-Deep UV extension (Wavelength 189-1160nm) and DFG extension (2600-13000nm)

Laser Ti-Sa ( Chameleon Ultra II from Coherent). Durée d’impulsion 150 fs, longueur d’onde adjustable entre 600 nm–1100 nm , taux de répetition 80 MHz , puissance max 4 W (ou 50 nJ per pulse) @ 780 nm. 

Laser fibrée Brevity lambda+ de Novae : émission à 2 microns, duré 86 fs, taux de répétition 20 MHz, énergie/pulse>20nJ.

– type de mesures possibles :

Micro-photoluminescence à basse température et résolue en temps (streak camera) ; 

Analyses de micro-photoluminescence sous traction intense 

Analyses de sonde atomique tomographique laser couplé ou pas à la micro-photoluminescence

Émission d’électrons ou d’ions piloté par laser ou impulsion THz

Mesures THz par échantillonnage électroptique

IPR (Rennes) : Phénomènes photo-induits dans les matériaux moléculaires. Changement de structure atomique et électronique.

 IContact : Eric Collet

INSTALLATIONS:

The lab has in proper amplified femtosecond laser sources, which are associated to optical parametric amplifiers and sum frequencies generator. We are so able to pump and probe materials from 260 nm to 2 µm, which covers from the electronic to the vibrational level excitation domain and low gap insulator. 

These experiments are performed in a nitrogen jet cryostat environment where the temperature can be controlled from 80 to 400 K. A close cryostat may be used down to ≈10 K.

Time resolved optical spectroscopy
Diffractomètre SuperNova

In addition, our X-ray laboratory is equipped with two single-crystal X-ray diffractometers with 4-circle Kappa geometry goniometer, namely: 

  1. Xcalibur with Sapphire CCD detector and Enhance molybdenum source of Oxford Diffraction (currently Rigaku Oxford Diffraction). It is fitted with an optical set-up coupled with a series of cw laser diodes covering wide spectrum of wavelengths from UV to IR range, which allows detailed structural studies of the light induced metastable states in a single-crystal-to-single-crystal manner, i.e. by so-called photocrystallography.
  2. SuperNova with high sensitive EosS2 CCD detector and microfocus copper source of Agilent Technologies (currently Rigaku Oxford Diffraction).

Two diffractometers can be fitted with Oxford Cryosystem liquid nitrogen cooling apparatus. This includes Oxford 800Plus series Cryostream device which allows for measurements in the temperature range from 80 to 500K. Thanks to liquid helium Oxford Diffraction Helijet Cryostream the measurements at around 10-20K are also possible (but costly). 

IMMM (LeMans) : Spectroscopie optique et THz ultra-rapide en régime linéaire et non-linéaire, acoustique picoseconde, la magneto-plasmonique, génération d’ondes THz. 

Contact: Pascal Ruello, Gwenaelle Vaudel

INSTALLATIONS :

1) Banc expérimental amplifié nJ-µJ

Oscillateur (MIRA, Coherent) et pompe (VERDI, Coherent) : cavité laser Ti :Sa, 130 fs, 800 nm, 80 MHz, 650mW, 8 nJ 

Amplificateur de type cavité Regen (REGA, Coherent) : 130fs, 800nm, 250kHz, 1W, 6 µJ. 

– Electronique de déplacement : Controleur 8 axes (XPS-Q, Newport), Platine de translation

– Electronique de mesure : Photodiode autobalancée (New Focus), bande passante 1MHz, Système de détection synchrone (SRS830) associée à un modulateur acoustooptique, Oscilloscope (Lecroy) 400MHz.

Banc d’expérience automatisé par Agilent Vee Pro et Labview

2) Banc expérimental multi-longueur d’onde

Oscillateur (MaiTai HP, Spectra Physics) : cavité laser laser Ti:Sa, 100 fs, 690-1040nm, 80 MHz, 3 W max (selon la longueur d’onde) 

Oscillateur paramétrique optique (Inspire, Radiantis/Spectra Physics) : 200 fs, 345nm-2.2µm, 80 MHz, 50 à 350 mW (selon la longueur d’onde signal OPO 510-750nm), 30 à 150mW (selon la longueur d’onde Idler 930-2200nm), 1.25W max (selon la longueur d’onde SHG 345-520nm) 

– Accordabilité de 345 à 2200nm

– Configuration pompe-sonde :

− pompe et sonde « rouges » (de 690 à 1040 nm) ou « bleues » (par doublage de fréquence : de 345 à 520 nm)

− sonde « visible » (de 500 à 750 nm) ou « bleue » (de 345 à 520 nm)

− Idler (930-2200nm)

– Electronique de déplacement : Controleur 4 axes (XPS-RL, Newport), Platine de translation (M-IMS600PP)

– Electronique de mesure : Photodiode autobalancée (Nirvana ou New Focus), bande passante 125kHz à 1MHz, Système de détection synchrone (SR7280) associée à un modulateur électrooptique (Conoptics), bande passante 2MHz, Oscilloscope (Lecroy) 400MHz. Expérience automatisée via labview

3) Banc expérimental laser mJ – THz

Laser amplifié (Solstice, Spectra Physics) : 150 fs, 805 nm, 1kHz, 3 W, 3 mJ

– Configurations possibles :

– Génération THz dans matériau spécial à caractériser

– Pompe sonde visible/THz (pompe ou sonde THz, gérération par technique de rectification optique)

– Option sur le laser

– train d’impulsions non compressées (300ps/1kHz/805nm), 

– oscillateur « classique » (100fs/80MHz/805nm), 

– laser de pompe (100ns/1kHz/532nm).

– Electronique de déplacement : Controleur 8 axes (XPS-Q, Newport), Platine de translation (M-IMS500LM)

– Electronique de mesure : Photodiode autobalancée (New Focus), bande passante 1MHz, Système de détection synchrone (SRS830) associé à un chopper mécanique, Oscilloscope (Lecroy) 400MHz. Banc d’expérience automatisé par Labview et Python.

4) Banc expérimental magneto-plasmonique

Oscillateur fibré (FemtoFiber Pro, Toptica) : 120 fs, 780 et 1560 nm, 40MHz, 140mW à 780nm, 350mW à 1560nm

– Electronique de déplacement : Contrôleur (ESP301, Newport), Platines de translation et rotation

– Electronique de mesure : Photodiode autobalancée (New Focus), bande passante 1MHz, PMT (Hamamatsu), Compteur de photons (SR400), Système de détection synchrone (SRS830) associée à un chopper mécanique

Banc d’expérience automatisé par Labview

– Option : configuration Kretchman

5) Banc expérimental pompe-sonde « classique »

Oscillateur (MaiTai HP, Spectra Physics) : 90 fs, 680-1040nm, 80 MHz, 2.7W max (selon la longueur d’onde)

– Electronique de déplacement : Controleur 8 axes (XPS-Q, Newport), Platine de translation (M-IMS300PP)

– Electronique de mesure : Photodiode autobalancée (New Focus), bande passante 1MHz, Système de détection synchrone (SRS830) associé à un chopper mécanique, Oscilloscope Keysight 4 voies 350MHz. Banc d’expérience automatisé par Labview et Python.

Autres lasers :

Supercontinuum fibré (SuperK Extrem, NKT Photonics) : ps, 390-2040nm, 80 MHz, 600W sur la gamme visible

Oscillateur (Chameleon Ultra II, Coherent) : 130fs, 690-1040nm, 80MHz, 3W (selon longueur d’onde), 40nJ

ILM (Lyon) : Physique et physico-chimie attoseconde, dynamique ultrarapide en phase diluée (atomes, molécules : neutres et chargées) et (nano-)matériaux.

Contact : Franck Lépine, Vincent Loriot

INSTALLATIONS :

– Laser femtoseconde amplifié stabilisé en phase (CEP)

Ti :Sa, 5kHz, 2mJ, 10W, 800nm, 25fs

– Dispositif post-compression

5kHz, 6 fs, 600 microJ

Outils de caracterisation, chirp scan etc…

– Dispositif « Circé » XUV Attoseconde 

HHG source 15-40 eV

Train d’impulsions attosecondes

Spectromètres / autres:

Imagerie d’électrons (VMI)

Imagerie d’ions sélectionnés en masse (VMI)

Spectrométrie de masse

Spectromètre XUV

Spectromètre de fluorescence

Source d’atomes et de molécules : jet effusif, four

– Dispositif « Cashmere » XUV femtoseconde 

HHG source 15-40 eV

Impulsion femtosecondes XUV 15 fs, 10-100 eV, 5 kHz

Détection

Outils de Spectromètre de masse

spectrometre de masse quadrupolaire.

Spectromètre XUV

– Source THz large bande

2-40 THz, 50fs, 5kHz

absorption THz, ABCD detection THz

ICB (Dijon) : Contrôle de la dynamique moléculaire et applications, Structuration de la lumière, mise en forme d’impulsions, ONL infrarouge et source large bande brillante

Contact: Olivier Faucher, Frederic Smektala

INSTALLATIONS

1) Sources femtosecondes

– Chaîne laser amplifiée Ti:Sa (Solstice, Spectra Physics), 1 kHz, 100 fs, 3 mJ, OPA TOPAS Prime + extensions NirUvVis  et DFG (240-11µm). Un module propre de THG @800nm. 

– Chaîne laser amplifiée Ti:Sa (Solstice Ace, Spectra Physics), 1 kHz, 35 fs, 5 mJ, OPA TOPAS Prime + extensions NirUvVis  et DFG (240nm-9µm). Un module propre de THG @800nme. 

– Chaine laser Coherent composée d’un laser de pompe (MONACO) fibré 1030 nm, 1 Hz – 1 MHz, durée d’impulsion réglable de 300 fs à 10 ps, énergie max 60 µJ. OPA + DFG (OPERA-HP) 1.2-16 µm. L’ensemble est dédié, entre autres, à la génération de supercontinua dans des fibres optiques pour l’infrarouge, comme sources brillantes de rayonnement moyen infrarouge haute cadence, large bande et accordables. Les mesures spectrales sont effectuées à l’aide d’appareils dédiés (monochromateur HORIBA iHR320 1 – 24 µm, spectromètre FTIR fibré ARCOPTIX 2-12 µm, divers OSAs). La source laser est également utilisée pour la mesure d’indices de réfraction sur bulks 2-12 µm.

2) Dispositif de façonnage d’impulsions : 

– Façonneur en phase, basé sur un masque à cristaux liquides 128 pixels au plan de Fourier d’une ligne 4f réflective (miroirs sphériques), adaptée au façonnage d’impulsions moyennement énergétique, 100fs, ~800nm.

– Façonneur complet (phase et amplitude), basé sur un double masque à cristaux liquides 320 pixels (Jenoptik SLM320) au plan de Fourier d’une ligne 4f réflective (miroirs cylindrique), adaptée au façonnage d’impulsion énergétique. Plusieurs configurations possibles (~800nm ou 1,45µm). Un module annexe de doublage dans le domaine spectral permet produire des impulsions façonnées à 400nm ayant la capacité de faire simplement du façonnage en phase pur. 

– Façonneur Dazzler 460-950nm, maximum 30 μJ sur F = 2.5 mm

3) Caractérisation temporelle :

– autocorrélateurs monocoup (800nm, 1.2µm-2.4µm, 1.8µm-3.4µm), 

– spider venteon pulse four hybride (700-900nm, 4000fs^2, largeur spectrale 10nm et 40nm),

– technique monocoup Tiger (1.2-2.4µm) et SHG-Tiger (800nm)

4) Dispositif de mise en forme spatial.

-2 modulateurs spatiaux de lumière type LCOS-SLM sont utilisés pour la mise en forme spatiale de faisceaux comme, par exemple, la génération de faisceaux porteurs de moment angulaire orbital (OAM).

– Analyseur de font d’onde haute résolution (2 nm RMS) pour la mesure de front d’onde avec une résolution spatiale de 28µm sur une pupille de 5×3.75 dans la gamme [400 nm-1.1 µm]. 

5) Type de mesures possibles :Ces systèmes sont essentiellement destinés à la spectroscopie résolue en temps en particulier pour l’étude de la dynamique rotationnelle de molécules en phase gazeuses, mais aussi pour l’optique non linéaire en général (filamentation laser, génération de supercontinuum infrarouge, etc.…) L’étude et le développement de techniques de caractérisation alternatives d’impulsions pour les domaines UV et IR est une activité plus applicative également menée à l’aide de ces équipements

LPS, LSI FemtoARPES (plateau de Saclay): matériaux quantiques hors équilibre, dynamique électroniques et phases photo-induites de la matière

haut : installation située au LPS, bas: installation située au synchrotron SOLEIL

Contacts: Luca Perfetti, Evangelos Papalazarou

INSTALLATIONS

Nos dispositifs sont situés sur le plateau de Saclay, au LSI (IP Paris), au LPS (Université Paris-Saclay) et au synchrotron Soleil. Nos sources laser fs sont utilisées pour générer des photons UV, ce qui permet d’utiliser la spectroscopie de photoélectrons (ARPES) pour l’étude des propriétés électroniques des matériaux quantiques et de leur dynamique ultrarapide.

Lasers femtoseconde :

Coherent RegA 9040 :  Ti:Sa à 800 nm, 6mJ, 35 fs, 250 kHz.

FemtoLasers XL300 : Ti:Sa à  800 nm, 300 nJ, 50 fs, 0.25 – 5 MHz

Les deux sources laser sont utilisées pour générer des photons de 6.2 eV (4w) par conversion de fréquence dans des cristaux non linéaires, et utilisés comme sonde dans les mesures d’ARPES ultrarapide. Des OPA sont en cours d’installation pour permettre l’accordabilité des impulsions pompe dans l’IR-visible.

Deux nouvelles sources laser sont actuellement en cours d’installation :

Pharos (Light Conversion) Ti:Sa 1030 nm, 0.4 mJ, 250 fs, 1 kHz – 1 MHz, et

Tangerine (Amplitude) Yb 1030 nm, 0.2 mJ, 300 fs, < 1 MHz.

Stations expérimentales ARPES :

Dispositif ARPES basé sur un analyseur hémisphérique Phoibos 150 (SPECS), avec manipulateur cryogénique à 5 axes (30 K).

Dispositif ARPES basé sur un analyseur à temps de vol ARToF 10K (Scienta), avec manipulateur cryogénique à 6 axes (15 K).

Les deux stations expérimentales sont équipées d’instruments et accessoires pour la préparation et caractérisation des échantillons (LEED, évaporateurs, lampe VUV HeI et HeII)

Autres Installations ….