Laboratoire de sources femtosecondes

Institut national de la recherche scientifique (INRS), Varennes, Québec
Domaines d'expertise

Installé au Centre Énergie, Matériaux, Télécommunications du campus de Varennes de l’Institut national de la recherche scientifique, le laboratoire de sources femtosecondes offre à des utilisateurs de provenance nationale et internationale d’accéder à une gamme de systèmes laser, de sources ultrarapides et de faisceaux. Fondé en 2002 grâce à un investissement initial de près de 21 millions de dollars du fonds de collaboration internationale de la Fondation canadienne pour l’innovation, le laboratoire est devenu entièrement opérationnel en 2008 et n’a cessé d’être amélioré du fait de mises à niveau répétées attribuables à ses principaux utilisateurs (estimées à plus de 7 millions de dollars).

Grâce à ses puissants lasers, l’installation met à la disposition des utilisateurs un vaste éventail de sources lumineuses qui vont des térahertz (longueur d’onde de 300 microns) aux rayons X durs (Angstrom – longueur d’onde de 0,1 nm), et de faisceaux d’électrons à impulsions ultracourtes. Ces sources de lumière et faisceaux étant générés en réseau tout optique, ils sont spatialement et temporellement synchronisés. L’installation ouvre ainsi la porte à l’exploration du potentiel de l’imagerie dynamique des matières atomiques, moléculaires et condensées, et offre des outils sans pareils d’exploration des aspects fondamentaux de la physique et de la chimie, ce qui permet de réaliser tant des percées importantes en science fondamentale que des applications et des outils technologiques novateurs. On compte parmi eux l’imagerie de matériaux et de médecine haute résolution spatiale, le micro-usinage et le traitement des matériaux, ainsi que des applications dans le domaine de la sécurité et de la défense, des télécommunications et de l’information.

Enfin, le laboratoire s’appuie sur le mérite scientifique et novateur avec un processus bien défini qui prévoit l’évaluation des lettres d’intention par un comité scientifique/technologique indépendant de répartition du temps de faisceau. Deux fois l’an, une offre de temps de faisceau est annoncée et propose une séance au LSF invitant les utilisateurs à faire parvenir leur lettre d’intention à la coordonnatrice scientifique du LSF. Une fois les lettres reçues, le comité les évalue. Le laboratoire réserve un certain nombre de semaines par année (au maximum 25 pour cent) pour des projets issus d’entreprises et d’organismes gouvernementaux canadiens.

Que fait l'installation

Technologies laser ultrarapide, lasers femtosecondes à crête de puissance élevée, caractérisation évoluée des matériaux, traitement évolué des matériaux, physique optique des atomes et des molécules, physique plasmique, imagerie des matériaux et de biomédecine, diagnostics médicaux évolués, accélérateurs de particules compacts, sources de rayons X mous et de rayons X durs, techniques de spectroscopie évoluée, imagerie à contraste de phase, photonique dans l’infrarouge moyen et le térahertz, imagerie dynamique des systèmes complexes, mise au point de lasers à puissance élevée

Services de recherche
  • Spectroscopie des rayons X mous et rayons X durs, imagerie des rayons durs à contraste de phase.
  • Spectroscopie et imagerie térahertz, mesures spectroscopiques résolues en temps, caractérisation de composants optiques dans le spectre électromagnétique (de THz à rayons X durs), micro-usinage laser, traitement laser des matériaux.
  • Intégration laser pour les systèmes de dépôt par laser à impulsions, mesure du seuil d’endommagement induit par laser.
  • Conception et prototypage de systèmes laser, design optique (optique non linéaire, impulsions ultracourtes, lasers à puissance élevée).
  • Métrologie optique (dimension de faisceau maximal de 200 mm), conception et fabrication de chambres sous vide, nettoyage et métrologie sous ultravide, soudure compatible sous vide, conception et fabrication de chambres d’interaction laser-matière, fabrication de spectromètres à électrons à énergie élevée (jusqu’à 1 GeV), chambre de mise à l’essai électromagnétique (grande chambre-cage Faraday).
  • Entretien de laser et formation du personnel, formation à la sécurité laser, modelage théorique de l’interaction laser-matière.
Secteurs d'application
  • Aérospatial et satellites
  • Agriculture, alimentaire et sciences animales
  • Automobile
  • Industrie chimique
  • Défense et industrie de la sécurité
  • Éducation
  • Énergie (renouvelable et fossile)
  • Technologies et services de l’environnement
  • Foresterie et industrie forestière
  • Technologies de l’information et des communications, et médias
  • Sciences de la vie, produits pharmaceutiques et équipement médical
  • Fabrication et transformation
  • Services professionnels et techniques (y compris les services juridiques, l’architecture et le génie)

Nom du laboratoire spécialisé

Nom de l’équipement

Résumé de la fonction

Laboratoire de sources femtosecondes

Système laser à saphir-titane 500 TW

Fiche technique : système laser à saphir-titane produisant la plus grande puissance de crête au Canada – 10 joules par impulsion, 17 femtosecondes (fs), 2,5 Hz.

Fonction : accélération d’électrons, accélération d’ions, imagerie des rayons durs à contraste de phase, spectroscopie de rayons X durs résolue en temps. Filamentation. Physique des hauts champs.

 

Système laser à saphir-titane multikHz

Fiche technique : 4,5 millijoules (mJ/impulsion), 30 fs, 5 kHz max.

Fonction : Spectroscopie et imagerie térahertz, spectroscopie résolue en temps, sources VUV à XUV à fort taux de répétition, caractérisation, micro-usinage et traitement des matériaux, imagerie moléculaire dynamique.

 

Système laser à saphir-titane 100 Hz

Fiche technique : 100 mJ/impulsion, 40 fs, 100 Hz

Fonction : Physique plasmique. Système de pompage laser infrarouge à énergie élevée. Photonique dans l’infrarouge moyen et le térahertz. Sources VUV à rayons X mous pour la caractérisation des matériaux. Génération d’impulsions THZ haut champ. Mesures résolues en temps, dont la spectroscopie pompe THz-sonde à rayons X.

 

Amplificateur paramétrique optique à énergie élevée 10 Hz

Fiche technique : système laser produisant la plus grande puissance de crête au Canada. 15 mJ/impulsion, 15 fs, 10 Hz à 1,8 micron.

Fonction : Génération d’impulsions de rayons X mous ultracourts pour la caractérisation des matériaux et la spectroscopie de résolution en temps. Science de l’attoseconde. Accélération longitudinale d’électrons. Filamentation à longueur d’onde élevée.

 

 Postes d’expérience (cinq)

Fonction : postes où sont menées les expériences. Ces postes sont dotés d’instruments métrologiques et diagnostiques évolués.

(1) Expériences d’imagerie moléculaire ultrarapide.

(2) Postes d’expérience de génération harmonique élevée (harmoniques superficielles, harmoniques gazeuses, harmoniques plasmiques) pour la mesure spectroscopique VUV à rayons X mous.

(3) Postes d’expérience de génération THz.

(4) Postes d’expérience d’accélération d’électrons.

(5) Faisceau bêtatron pour l’imagerie par contraste de phase et la spectroscopie des rayons X durs.

 

Matériel spécialisé de diagnostic évolué

(1) Caméras CCD à rayons X (10 eV - 20 keV) :

PI-SCX

PI-LCX-LN

PI-MTE

(2) Caméras à image continue à résolution temporelle sous-ps (plages de détection de rayons visibles, UV et X)

(3) Spectromètre à électrons de champ magnétique (50 MeV - 1 GeV)

(4) Détecteur d’ions en temps de vol (150 keV - 20 MeV)

(5) Optique diagnostique à impulsions ultracourtes :

Analyseur de surface d’onde

Caractérisation de la durée d’impulsion (5 fs-ps, 200 nm - 4000 nm)

Spectromètres optiques (200 nm - 20 000 nm)

Mesure de la phase de l’enveloppe porteuse (interféromètre f-2f)

Échantillonnage électro-optique THz

 

  • Applied Nanotools Inc.
  • Axis Photonique Inc.
  • Recherche et développement pour la défense Canada RDDC
  • few-cycle Inc.
  • Genia Photonics Inc.
  • Ki3-Photonics Technologies Inc.
  • MPB Communications Inc.
  • O/E Land Inc.
  • Conseil national de recherches Canada
  • Osela Inc.
  • Passat ltée
  • Photon etc.
  • Plasmionique Inc.
  • Spectra-Physics Vienna – Femtolasers Produktions GmbH

Title

URL

Laser beams make lightning tunnels

http://www.sciencemag.org/news/2015/06/laser-beams-make-lightning-tunnels

From basic science to application | Francois Legare | TEDxConcordia

https://youtu.be/P5OtIt2OVaw

Toward real time observation of electron dynamics in atoms and molecules

http://www.sciencedaily.com/releases/2011/03/110309112908.htm

A molecule’s transformation filmed at high resolution: Another advancement in imaging from INRS professor François Légaré’s team

http://phys.org/news/2014-07-molecule-high-resolution.html

Simplifying an ultrafast laser offers better control

http://www.sciencedaily.com/releases/2014/05/140514100314.htm

Researchers to Develop New Type of Particle Accelerator Using Laser Wakefield Acceleration

http://www.azooptics.com/News.aspx?newsID=16704

A pillar of ultrafast science in Canada: The Advanced Laser Light Source at INRS receives major funding from CFI

http://www.inrs.ca/english/actualites/advanced-laser-light-source-inrs-receives-major-funding-cfi

Vers de nouvelles avancées scientifiques en physique attoseconde

https://www.coeffiscience.ca/actualites/science-et-chimie-verte/vers-de-nouvelles-avancees-scientifiques-en-physique-attoseconde

Photographier un électron en plein mouvement

http://lecodechastenay.telequebec.tv/occurrence.aspx?id=329&ep=79

L'invention du siècle - La lumière mise en boîte

http://www.uquebec.ca/reseau/fr/contenu/livention-du-siecle-la-lumiere-mise-en-boite

Les 10 découvertes de l’année 2015 – Roberto Morandotti : Dompter les éclairs

http://www.quebecscience.qc.ca/10-decouvertes-2015/10-Dompter-les-eclairs

Vers un accélérateur de particules plus compact et moins cher : Faire jaillir le vivant à la lumière extrême

http://www.enerzine.com/603/15603+vers-un-accelerateur-de-particules-plus-compact-et-moins-cher+.html