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. 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.

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.

Historique

Évolution du laboratoire

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. Cette petite équipe de 4 personnes va rapidement croître pour devenir un laboratoire à part entière. Une des premières expériences marquantes du laboratoire sera la mesure de la distance Terre-Lune par laser réalisée par Alain Orszag en 1970.

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 . Il compte alors 22 personnes. 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. 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 .  En 15 ans, l'effectif du laboratoire double pour atteindre une cinquantaine de personnes en 1988.

Dans les années 1980, Jean-Louis Martin et Y. Lecarpentier se lancent dans l'étude de systèmes biologiques à l'aide de lasers femtoseconde. 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) . 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. 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 et l'accélération laser plasma . 

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. L'étude des applications de la filamentation laser donnera lieu en 1999 au lancement du projet franco-allemand Teramobile, et plus récemment au projet européen Laser Lightning Rod qui vise à développer le premier paratonnerre laser.

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. 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. 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.

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. 

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

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 .

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

 développement de systèmes laser femtoseconde ;
 accélération de faisceaux d'électrons et d'ions par laser; une application importante des faisceaux de protons est la proton-thérapie pour le traitement des cancers
 génération de rayonnement X ou X-UV intense ;
 Impulsions laser de quelques cycles optiques pour l'étude de la dynamique ultrarapide de la matière  ;
 Filamentation laser.

Notes et références

Articles connexes 
 Laser femtoseconde
 Amplification par dérive de fréquence
 Laser à rayons X
 Accélération laser-plasma
 Filamentation laser
 Apollon (laser)

Liens externes 

Centre national de la recherche scientifique
Laboratoire de l'École polytechnique
Le Laboratoire d' optique appliquée ( LOA ) est une unité mixte de recherches de le CNRS qui dépend de l' ENSTA Paris et de l' École polytechnique . Il est rattaché à la section« Atomes et molécules - Optique et lasers - Plasmas chauds » de le CNRS . Ses activités sont centrées sur le développement et les applications de sources laser femtoseconde intenses , la physique de l' interaction laser-matière et de les plasmas ainsi que la production de sources compactes de rayonnements et de particules énergétiques . Le Laboratoire d' Optique Appliquée est depuis les années un de les précurseurs dans l' utilisation de les cristaux amplificateurs de saphir dopé à le titane , nouvelle génération de les lasers ultra-brefs . Depuis l' an ces lasers sont devenus le standard pour l' obtention d' impulsions femtoseconde de forte puissance crête . Historique Évolution de le laboratoire Années : 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 enune section liée à l' étude de les lasers à le sein de son laboratoire . Cette petite équipe depersonnes va rapidement croître pour devenir un laboratoire à part entière . Une de les premières expériences marquantes de le laboratoire sera la mesure de la distance Terre-Lune par laser réalisée par Alain Orszag en Années : déménagement à Palaiseau et association à l' ENSTA Le laboratoire prend officiellement le nom de Laboratoire d' optique appliquée en lorsqu' il devient un laboratoire commun entre l' école polytechnique et l' ENSTA \ . Il compte alorspersonnes . Il déménage enau centre de l' Yvette à Palaiseau , près de le nouveau campus de l' école polytechnique . Le LOA deviendra ensuite Unité Mixte Associée de l' INSERM enet Unité mixte Associée CNRS en Années : premiers lasers femtoseconde Le laboratoire se lance dans le développement de les lasers ultra-brefs à la fin de les annéesen mettant à le point le premier laser sub-picoseconde français ( laser à colorant ) grâce à une collaboration entre l' équipe d' Arnold Migus à le LOA et C. Shank et E. Ippen à les Bell Labs . Il sera ensuite le deuxième laboratoire à le 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 \ . Enans , l' effectif de le laboratoire double pour atteindre une cinquantaine de personnes en Dans les années Jean-Louis Martin et Y. Lecarpentier se lancent dans l' étude de systèmes biologiques à l' aide de lasers femtoseconde . Ce nouveau champ applicatif de les lasers ultra-brefs donnera lieu enà la création de le Laboratoire d' optique et biosciences ( LOB ) de l' école polytechnique par Jean-Louis Martin . Années : systèmes lasers femtoseconde CPA de haute énergie Enun programme d' investissement européen va permettre le financement de les premiers systèmes laser femtoseconde à amplification à dérive de fréquence ( CPA ) à haute énergie d' Europe à le LOA , à le LENS ( italie ) , à le FORTH ( Grèce ) , à le LLC ( Suède ) et à le MBI ( Allemagne ) \ . Ainsi , dès les développements réalisés durant les années vont permettre à les ingénieurs de le LOA de générer de les impulsions lasers defs de durée et de plusieurs joules d' énergie . De telles performances représentaient à l' époque un bond en intensité de plusieurs ordres de grandeur par rapport à les lasers existants . Un partenariat avec le laboratoire d' utilisation de les 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 et l' accélération laser plasma \ . En l' équipe d' André Mysyrowicz est l' une de les premières à mettre en évidence la filamentation laser dans l' air à l' aide d' un de les premiers lasers femtoseconde CPA de le LOA . L' étude de les applications de la filamentation laser donnera lieu enau lancement de le projet franco-allemand Teramobile , et plus récemment à le projet européen Laser Lightning Rod qui vise à développer le premier paratonnerre laser . Années : sources secondaires et lancement de les grands programmes Pettawatt En Gérard Mourou , alors directeur de le LOA , crée l' Institut de la lumière extrême ( ILE ) qui a pour objectif la construction de le premier laser femtoseconde depétawatts de puissance baptisé Apollon . 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 regroupelaboratoires sur le plateau de Saclay . À le même moment , le LOA lance le projet européen Extreme Light Infrastructure ( ELI ) qui vise à la construction degrandes installations laser pétawatt de pointe dans plusieurs pays d' Europe . Années : applications académiques et sociétales de les sources secondaires En plusieurs jeunes chercheurs de le LOA s' associent pour créer la startup SourceLAB . Celle-ci s' attache à commercialiser les technologies laser , les cibles et les diagnostics développés à le LOA dans le domaine de l' interaction laser plasma . Le laboratoire d' Optique Appliquée compte actuellementgroupes de recherche etpersonnes . Il est impliqué dans plusieurs programmes d' investissement d' avenir comme le laboratoire d' excellence Labex PALM et les équipex CILEX et ATTOLAB . En 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 de les applications académiques et industrielles \ . Thématiques de recherche Les équipes de le LOA étudient différentes thématiques autour de les lasers femtoseconde intenses et de l' interaction laser matière \ : développement de systèmes laser femtoseconde ; accélération de faisceaux d' électrons et d' ions par laser ; une application importante de les faisceaux de protons est la proton-thérapie pour le traitement de les cancers génération de rayonnement X ou X-UV intense ; Impulsions laser de quelques cycles optiques pour l' étude de la dynamique ultrarapide de la matière ; Filamentation laser . Notes et références Articles connexes Laser femtoseconde Amplification par dérive de fréquence Laser à rayons X Accélération laser-plasma Filamentation laser Apollon ( laser ) Liens externes Centre national de la recherche scientifique Laboratoire de l' École polytechnique