Afin de travailler au laboratoire avec des impulsions équivalentes à celles délivrées par la source sur l’installation LMJ, le système présenté Figure II-16 a été mis en œuvre. Ce système est composé des mêmes éléments que ceux introduits dans le chapitre 1 (dans la description des organes principaux de la source actuelle du LMJ) HORMIS l’absence de la modulation de phase à 14,25 GHz liée à la fonction de lissage de la tache focale82. L’explication d’une telle modification est justifiée par les deux arguments suivants :
La possibilité, sur le LMJ, de désactiver cette modulation.
La difficulté de caractériser complétement les impulsions soumises aux deux modulations de phase (200 GHz de largeur de bande pour les modulations d’amplitude issues du phénomène de conversion FM/AM).
Par ce choix, nous nous assurons que la limitation Brillouin déterminée sera bien la plus restrictive (l’utilisation de la modulation lissage engendre une augmentation du seuil Brillouin liée à l’étalement du spectre sur une bande de 200 GHz (~35 GHz sans)). L’utilisation de la seule modulation de phase anti-Brillouin nous permet également, d’un point de vue de la conversion FM/AM, de caractériser totalement nos impulsions avec des mesures temporelles (fréquence maximale des modulations d’amplitudes liées au phénomène de conversion FM/AM inférieure à 40 GHz pour une bande passante de mesure de 55 GHz83). Il est à noter que ce type
de mesures n’a pas été réalisé lors des deux thèses précédentes [8,9]. Dans celles-ci, les impulsions étaient volontairement analysées avec un système de faible bande passante (< 2 GHz) afin de mener des études prospectives et des validations de concept par parties sans se soucier, dans un premier temps, du phénomène de conversion FM/AM délicat à minimiser. Dans notre cas, ces mesures nous permettent de converger un peu plus vers le cahier des charges
82 Un amplificateur intermédiaire a également été enlevé mais cela ne change pas le niveau d’énergie en sortie de
cette source (~1 nJ/impulsion).
total lié à notre application. Pour aller encore plus loin et afin de vérifier, sans aucune réserve, la compatibilité du système développé avec le cahier des charges (en termes de conversion FM/AM), il s’avérera toutefois essentiel d’ajouter la modulation de phase liée au lissage. Dans ce cas en revanche, des mesures temporelles ne seront plus suffisantes (bande passante de mesure trop faible). Des mesures spectrales de fonction de transfert devront (entre autres) être réalisées. Il s’agira là d’un sujet vaste et complexe, une étude à part entière !
Figure II-16 : Source de base utilisée pour l’injection des étages d’amplification forte énergie. (DFB) pour l’anglais Distributed Feedback Laser. (YDFA) pour l’anglais Ytterbium-doped Fiber Amplifier. (MAO) pour
Modulateur acousto-optique. (MP) pour Modulateur de Phase. (ISO) pour ISOlateur. (FO) pour Filtre Optique. (MEO) pour Modulateur Electro-Optique et (99 :1) désigne un coupleur fibré présentant une
transmission de 99 % sur la voie principale et de 1 % sur la voie de prélèvement.
Ainsi, hormis cette différence, ce système nous permet effectivement de travailler avec des impulsions équivalentes à celles délivrées par la source actuelle du LMJ. Leurs caractéristiques sont illustrées Figure II-17. Pour rappel, le système de mise en forme temporelle (MFT) utilisé permet de sculpter la forme temporelle désirée sur un intervalle temporel compris entre 700 ps et 25 ns avec un pas de 125 ps. L’exemple présenté ici est arbitraire mais représentatif des formes utilisées pour l’ensemble des expériences réalisées pendant la thèse. Ce type de forme temporelle permet en effet de pré-compenser les distorsions issues du phénomène de saturation du gain [75] afin d’obtenir une impulsion carrée en sortie du système84. Comme attendue, cette forme temporelle ne présente pas de modulations d’amplitude caractéristiques du phénomène de conversion FM/AM. Cela est confirmé par le spectre électrique (Figure II-17 (b)) qui ne fait apparaitre aucune composante à des harmoniques du 2 GHz utilisé pour la modulation de phase.
84 L’obtention d’une impulsion de forme temporelle carrée en sortie du système a ainsi fait l’objet, pour chaque
(a) (b)
(c) (d)
Figure II-17 : Illustration des caractéristiques temporelles et spectrales en sortie de la source utilisée au laboratoire et présentée schématiquement Figure II-16. (a) Forme temporelle arbitraire. (b) Spectre électrique
associé. (c) Spectre optique. Nous pouvons distinguer le pic étroit lié au signal et le fond continu correspondant à l’ASE. (d) Zoom sur le spectre de raies du signal.
D’un point de vue spectral, nous distinguons clairement Figure II-17 (c) le pic étroit correspondant au signal impulsionnel à 1053 nm et le fond continu d’ASE (rapport cyclique85 compris entre 40 et 60 dB). L’encart fait apparaître le spectre en échelle linéaire du signal. Cette mesure est toutefois limitée par la résolution de l’analyseur de spectre optique utilisé (200 pm). L’utilisation d’un spectromètre de type Fabry-Pérot permet de résoudre le spectre de raies du signal. Celui-ci est présenté Figure II-17 (d). La dissymétrie du spectre mesuré est expliquée par (1) l’utilisation d’un interféromètre de type Fabry-Pérot dans une configuration d’interférence de type « anneaux »86 et (2) par un faible échantillonnage en comparaison de la
largeur des raies87. Cette mesure permet toutefois de vérifier la présence de raies distantes de
2 GHz et de confirmer que le spectre possède bien une largeur totale inférieure à 40 GHz88. En sortie de cette source, la fréquence de répétition est fixée à plusieurs kilohertz (valeur précisée dans la suite pour chaque expérience) et les impulsions possèdent une énergie dans la gamme du nanojoule. Celles-ci sont alors injectées dans les différents systèmes d’amplification de forte énergie développés pendant la thèse et présentés ci-dessous.
85 Rapport entre la période du signal et la durée des impulsions.
86 À puissance égale, un anneau de plus grand diamètre résulte en une densité de puissance plus faible.
87 Intervalle de 0,5 GHz. À titre d’exemple, des impulsions de 10 ns donnent une largeur de raies de l’ordre de
0,1 GHz (limite de Fourier).
88 Bien qu’il soit théoriquement possible de voir l’impact d’une fonction de transfert en amplitude sur le spectre
de raies, celui-ci ne sera présenté que rarement du fait de cette dissymétrie et du faible échantillonnage.
-10 -5 0 5 10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Temps [ns] P ui ss a nce [u. a ] 0 10 20 30 40 -60 -40 -20 0 Fréquence [GHz] Spectre él ectri que [U .A l o g ] 1000 1050 1100 1150 -50 -40 -30 -20 -10 0 Longueur d'onde [nm] Spectre o pti que [U .A l o g ] 10500 1053 1056 0.5 1 -20 -10 0 10 20 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Fréquence [GHz] Spectre o pti que [u. a ]