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Laboratoire d'optique appliquée

Le Laboratoire d'optique appliquée (LOA) est une unité mixte de recherches du CNRS qui dépend de l'ENSTA Paris et de l'École polytechnique. Il est rattaché à la section 04 « Atomes et molécules - Optique et lasers -Plasmas chauds » du CNRS[1]. Ses activités sont centrées sur le développement et les applications de sources laser femtoseconde intenses, la physique de l'interaction laser-matière et des plasmas ainsi que la production de sources compactes de rayonnements et de particules énergétiques[2].

LOA
Logo du LOA
Histoire
Fondation
Cadre
Code
UMR CNRS 7639
Type
Domaine d'activité
Campus
Siège
Pays
Coordonnées
48° 42′ 39″ N, 2° 13′ 09″ E
Organisation
Effectif
90
Chercheurs
17
Doctorants
16
Directeurs
Stéphane Sebban (d) (depuis ), Jean Vignal (d), François Teissier du Cros (d), Alain Orszag (d), André Antonetti (d), Danièle Hulin (d), Philippe Balcou (d), Gérard Mourou, Antoine Rousse (d), Stéphane Sebban (d)
Organisations mères
Site web
Carte

Le Laboratoire d'Optique Appliquée est depuis les années 1980, un des précurseurs dans l'utilisation des cristaux amplificateurs de saphir dopé au titane, nouvelle génération des lasers ultra-brefs. Depuis l'an 2000, ces lasers sont devenus le standard pour l'obtention d'impulsions femtoseconde de forte puissance crête[3].

Historique
Compresseur d'une chaîne laser femtoseconde au Laboratoire d'Optique Appliquée.

Années 1960 : création et mesure de la distance terre-lune

C'est Jean Vignal, titulaire d'une chaire de physique de l'école polytechnique à Paris, qui crée en 1961 une section liée à l'étude des lasers au sein de son laboratoire[4]. Cette petite équipe de 4 personnes va rapidement croître pour devenir un laboratoire à part entière[4]. Une des premières expériences marquantes du laboratoire sera la mesure de la distance Terre-Lune par laser réalisée par Alain Orszag en 1970[5].

Années 1970 : déménagement à Palaiseau et association à l'ENSTA

Le laboratoire prend officiellement le nom de Laboratoire d'optique appliquée en 1972, lorsqu'il devient un laboratoire commun entre l'école polytechnique et l'ENSTA [6]. Il compte alors 22 personnes[7]. Il déménage en 1976 au centre de l'Yvette à Palaiseau, près du nouveau campus de l'école polytechnique. Le LOA deviendra ensuite Unité Mixte Associée de l'INSERM en 1984 et Unité mixte Associée CNRS en 1989.

Années 1980 : premiers lasers femtoseconde

Le laboratoire se lance dans le développement des lasers ultra-brefs à la fin des années 1970 en mettant au point le premier laser sub-picoseconde français (laser à colorant) grâce à une collaboration entre l'équipe d'Arnold Migus au LOA et C. Shank et E. Ippen aux Bell Labs[8]. Il sera ensuite le deuxième laboratoire au monde, après la démonstration par W. Sibbett (Angleterre), à réaliser le blocage de mode par effet Kerr qui est un processus clé pour la réalisation de lasers femtosecondes intenses [9]. En 15 ans, l'effectif du laboratoire double pour atteindre une cinquantaine de personnes en 1988[7].

Dans les années 1980, Jean-Louis Martin et Y. Lecarpentier se lancent dans l'étude de systèmes biologiques à l'aide de lasers femtoseconde[10]. Ce nouveau champ applicatif des lasers ultra-brefs donnera lieu en 2001 à la création du Laboratoire d'optique et biosciences (LOB) de l'école polytechnique par Jean-Louis Martin.

Années 1990 : systèmes lasers femtoseconde CPA de haute énergie

En 1992 un programme d'investissement européen va permettre le financement des premiers systèmes laser femtoseconde à amplification à dérive de fréquence (CPA) à haute énergie d'Europe au LOA, au LENS (italie), au FORTH (Grèce), au LLC (Suède) et au MBI (Allemagne) [11]. Ainsi, dès 1995, les développements réalisés durant les années 1980-1990, vont permettre aux ingénieurs du LOA de générer des impulsions lasers de 30 fs de durée et de plusieurs joules d'énergie[12]. De telles performances représentaient à l'époque un bond en intensité de plusieurs ordres de grandeur par rapport aux lasers existants. Un partenariat avec le laboratoire d'utilisation des lasers Intenses (LULI) de l’école polytechnique va alors lancer l’activité de physique de l’interaction laser plasma en régime femtoseconde intense ou physique à ultra haute intensité. Cette activité débouchera sur de nombreuses percées dans la production de sources X[13] et l'accélération laser plasma [14].

En 1995, l'équipe d'André Mysyrowicz est l'une des premières à mettre en évidence la filamentation laser dans l'air à l'aide d'un des premiers lasers femtoseconde CPA du LOA[15]. L'étude des applications de la filamentation laser donnera lieu en 1999 au lancement du projet franco-allemand Teramobile[16], et plus récemment au projet européen Laser Lightning Rod qui vise à développer le premier paratonnerre laser[17] - [18].

Années 2000 : sources secondaires et lancement des grands programmes Pettawatt

En 2007, Gérard Mourou, alors directeur du LOA, crée l'Institut de la lumière extrême (ILE) qui a pour objectif la construction du premier laser femtoseconde de 10 pétawatts de puissance baptisé Apollon[19]. La construction d'Apollon et de ses salles d'expérience est aujourd'hui supervisée par le LULI dans le cadre de l'équipement d'excellence CILEX qui regroupe 12 laboratoires sur le plateau de Saclay[20] - [21]. Au même moment, le LOA lance le projet européen Extreme Light Infrastructure (ELI) qui vise à la construction de 3 grandes installations laser pétawatt de pointe dans plusieurs pays d'Europe[22].

Années 2010 : applications académiques et sociétales des sources secondaires

En 2013, plusieurs jeunes chercheurs du LOA s'associent pour créer la startup SourceLAB. Celle-ci s'attache à commercialiser les technologies laser, les cibles et les diagnostics développés au LOA dans le domaine de l'interaction laser plasma[23].

Le laboratoire d'Optique Appliquée compte actuellement 5 groupes de recherche et 80 personnes[6]. Il est impliqué dans plusieurs programmes d'investissement d'avenir comme le laboratoire d'excellence Labex PALM[24] et les équipex CILEX[20] et ATTOLAB[25].

En 2021, le LOA lance un nouveau projet de centre d'accélérateur laser-plasma baptisé LAPLACE. Il devrait permettre le développement d’accélérateurs de nouvelle génération et la mise à disposition de sources intenses et ultrabrèves de faisceaux d’électrons énergétiques ou de rayons X pour des applications académiques et industrielles [26].

Directeurs du laboratoire
PĂ©riode Nom Commentaires
1961-1969 Jean Vignal [4]
1969-1974 François Teissier du Cros [7]
1974-1988 Alain Orzag [7]
1988-1998 André Antonetti [27]
1998-2004 Danièle Hulin [28]
2004-2005 Philippe Balcou
2005-2008 GĂ©rard Mourou [19] - [29] Prix Nobel de Physique 2018 [30]
2008 Ă  2019 Antoine Rousse [31]
depuis 2020 Stéphane Sebban [32]

Thématiques de recherche

Les équipes du LOA étudient différentes thématiques autour des lasers femtoseconde intenses et de l'interaction laser matière :

  • dĂ©veloppement de systèmes laser femtoseconde ;
  • accĂ©lĂ©ration de faisceaux d'Ă©lectrons et d'ions par laser[33] - [34]; une application importante des faisceaux de protons est la proton-thĂ©rapie pour le traitement des cancers[35] - [36]
  • gĂ©nĂ©ration de rayonnement X[37] ou X-UV intense ;
  • Impulsions laser de quelques cycles optiques[38] pour l'Ă©tude de la dynamique ultrarapide de la matière [39] ;
  • Filamentation laser[40] - [41].
Etage d'amplification d'un système laser femtoseconde au LOA.

Notes et références
  1. « Section 04 du Comité National de la Recherche Scientifique : accueil », sur iramis.cea.fr (consulté le ).
  2. « LOA page officielle ».
  3. « Instrumentation : vers une nouvelle révolution laser ? - Science Actualités.fr », sur www.cite-sciences.fr (consulté le ).
  4. « Jean VIGNAL (1897-1969) », sur annales.org (consulté le ).
  5. « 1970 : première mesure de la distance Terre/Lune », sur sciences-techniques.cnes.fr (consulté le ).
  6. « Rapport d'évaluation du LOA par l'AERES, 2013 », .
  7. « COMAERO,Un demi siècle d'aéronautique en France », sur http://www.academie-air-espace.com, .
  8. (en) A. Migus, C. Shank et E. Ippen, « Amplification of subpicosecond optical pulses: Theory and experiment », IEEE Jour. Quant. Elec., vol. 18,‎ , p. 101 (DOI 10.1109/JQE.1982.1071384).
  9. (en) J. Etchepare et al., « Efficient femtosecond optical Kerr shutter », Applied Physics Letters, vol. 43,‎ , p. 406 (DOI 10.1063/1.94396).
  10. J. L. Martin, A. Migus, C. Poyart et Y. Lecarpentier, « Femtosecond photolysis of CO-ligated protoheme and hemoproteins: appearance of deoxy species with a 350-fsec time constant », Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 80, no 1,‎ , p. 173–177 (DOI 10.1073/pnas.80.1.173, lire en ligne, consulté le ).
  11. (en) « Commission européenne : CORDIS : Projets et résultats : Laser matter interaction: non-liner processus and high résolutions spectroscopie in the time and in the frequency domains », sur cordis.europa.eu (consulté le ).
  12. (en) J. P. Chambaret, C. Le Blanc, G. Chériaux et P. Curley, « Generation of 25-TW, 32-fs pulses at 10 Hz », Optics Letters, vol. 21,‎ , p. 1921–1923 (DOI 10.1364/ol.21.001921, lire en ligne, consulté le ).
  13. A. Rousse et al., « Efficient Kα x-ray source from femtosecond laser-produced plasmas », Physical Review E, vol. 50, no 3,‎ , p. 2200–2207 (DOI 10.1103/physreve.50.2200, lire en ligne, consulté le ).
  14. (en) V. Malka et al., « Electron Acceleration by a Wake Field Forced by an Intense Ultrashort Laser Pulse », Science, vol. 298,‎ , p. 1596–1600 (DOI 10.1126/science.1076782, lire en ligne, consulté le ).
  15. (en) E. T. J. Nibbering et al., « Conical emission from self-guided femtosecond pulses in air », Optics Letters, vol. 21, no 1,‎ , p. 62–64 (DOI 10.1364/ol.21.000062, lire en ligne, consulté le ).
  16. Jérôme Kasparian, « « Téramobile » lance ses éclairs », THEMA, CNRS,‎ (lire en ligne [archive du ] [PDF], consulté le ).
  17. (en-GB) « Laser Lightning Rod – A fet-open project », sur llr-fet.eu (consulté le ).
  18. Jacopo Prisco CNN, « Scientists are trying to control lightning with a giant laser », sur CNN (consulté le )
  19. « GÉRARD MOUROU Directeur du Laboratoire d'optique appliquée », Industrie et Technologies,‎ (lire en ligne, consulté le ).
  20. « CILEX site officiel ».
  21. « Apollon, le laser le plus puissant au monde », FIGARO,‎ (lire en ligne, consulté le ).
  22. CNRS communication, « Vers la lumière extrême : projet ELI - Communiqués et dossiers de presse - CNRS », sur www2.cnrs.fr, (consulté le ).
  23. DCOM, « Paroles d’entrepreneurs : la start-up SourceLAB », sur www.polytechnique.edu, (consulté le ).
  24. « LabEx PALM site officiel », sur www.labex-palm.fr (consulté le ).
  25. « ATTOLab site officiel », sur ATTOLab (consulté le ).
  26. « Laplace, lieu de tous les possibles pour l’accélération laser-plasma », sur /www.ensta-paris.fr,
  27. « Alain Aspect Las révolution des lasers », Journal du Centre CEA de Saclay,‎ , p. 11-12 (lire en ligne).
  28. « Danièle Hulin | a-Ulm », sur www.archicubes.ens.fr (consulté le ).
  29. « L'intensité du laser fera jaillir la matière du vide », sur Le Monde.fr (consulté le ).
  30. « Prix Nobel de physique 2018 : Gérard Mourou, un physicien illuminé », sur lemonde.fr, Le Monde,
  31. « Plug in Labs Université Paris-Saclay - LOA », sur www.pluginlabs-universiteparissaclay.fr (consulté le ).
  32. Rapport d'Ă©valuation HCERES du LOA 2019, (lire en ligne)
  33. (en) J. Faure et al., « A laser–plasma accelerator producing monoenergetic electron beams », Nature, vol. 431,‎ , p. 541–544 (DOI 10.1038/nature02963, lire en ligne, consulté le ).
  34. « Victor Malka, maestro des rayons lasers », sur Le Monde.fr (consulté le ).
  35. « Comment des accélérateurs d’électrons pourraient révolutionner le traitement du cancer », Slate.fr,‎ (lire en ligne, consulté le ).
  36. « Laser, la lumière à tout faire », France Culture,‎ (lire en ligne, consulté le ).
  37. K. Ta Phuoc et al., « Produire des rayons X et gamma sur une table », Pourlascience.fr,‎ (lire en ligne, consulté le ).
  38. (en) J. A. Wheeler et al., « Attosecond lighthouses from plasma mirrors », Nature Photonics, vol. 6, no 12,‎ , p. 829–833 (DOI 10.1038/nphoton.2012.284, lire en ligne, consulté le ).
  39. L'Usine Nouvelle, « Les lasers ultra-brefs éclairent les sciences - Industrie », usinenouvelle.com/,‎ (lire en ligne, consulté le ).
  40. (en) A. Couairon et A. Mysyrowicz, « Femtosecond filamentation in transparent media », Physics Reports, vol. 441,‎ , p. 47–189 (DOI 10.1016/j.physrep.2006.12.005, lire en ligne, consulté le ).
  41. (en) « Euronews: The scientists who are 'struck' by lightning », sur www.euronews.com,

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