La chaine laser UHI-100

3.1.2 Le dispositif TERMITES . . . 146 3.2 Mesures en Salle 1 . . . 147 3.2.1 Analyse du champ dans l’espace (x, y, ω) . . . 147 3.2.2 Analyse du champ dans l’espace (x, y, t) . . . 155 3.2.3 Analyse du champ dans l’espace (xf, yf, ω) . . . 156 3.2.4 Analyse du champ dans l’espace (xf, yf, t) . . . 161 3.3 Mesures en Salle 2 . . . 168 3.3.1 Analyse du champ dans l’espace (x, y, ω) . . . 168 3.3.2 Analyse du champ dans l’espace (x, y, t) . . . 171 3.3.3 Analyse du champ dans l’espace (xf, yf, ω) . . . 171 3.3.4 Analyse du champ dans l’espace (xf, yf, t) et calcul de la perte

d’intensité . . . 172

Dans ce chapitre, nous allons décrire et analyser les résultats des mesures qui ont été effectuées sur le laser UHI-100.

3.1

Présentation du laser et du dispositif TERMITES utilisé

3.1.1 La chaine laser UHI-100

La chaine laser UHI-100 (ultra-haute-intensité) délivre des impulsions laser d’une éner- gie E = 2.5 J et d’une durée τ = 25 fs. A partir de ces valeurs, en considérant que l’impulsion a un profil rectangulaire, on peut faire un calcul simple de la puissance pic P = E_τ = 100 TW. Pour parvenir à cette puissance, les impulsions laser générées par l’oscillateur sont amplifiées à l’aide de la technique de chirped pulse amplification (CPA) [7]. Le schéma de la chaîne laser est donné par la figure 85. Un étireur est suivi de 3 étages d’amplification et du compresseur. A l’entrée du premier amplificateur, les impulsions ont

Chapitre 3. Caractérisation du laser UHI-100

une énergie de 0.8 µJ, à la sortie du troisième, elles ont une énergie de 3 J. Après l’am- plificateur 3 J, le faisceau est étendu par un télescope jusqu’à son diamètre final (environ 80 mm). Il est ensuite transporté jusqu’au compresseur qui compense l’effet de l’étireur et ramène la durée des impulsions à 25 fs. Les pertes dans le compresseur réduisent l’énergie à 2.5 J. Le laser UHI-100 est utilisé pour des expériences d’interaction laser-plasma dans deux salles d’expérience qui possèdent chacune leur compresseur dédié. A la sortie de l’am- plificateur 3 J, le faisceau est aiguillé vers l’une ou l’autre des salles d’expériences. Sur le schéma de la figure 86, nous avons détaillé le trajet du faisceau entre les différents éléments qui constituent l’installation laser UHI-100. Au rez-de-chaussée du bâtiment se trouve la salle laser où sont situés l’oscillateur, l’étireur et les amplificateurs. Au sous-sol, se trouvent les salles 1 et 2 qui comprennent chacune un compresseur et les enceintes expérimentales.

A la sortie du compresseur, les impulsions sont soit aiguillées vers une table de diag- nostics, soit envoyées vers l’enceinte expérimentale. Sur la table de diagnostics, une mesure temporelle peut être effectuée à l’aide d’un Wizzler (salle 1) ou d’un SPIDER (salle 2). Couplée avec l’usage du Dazzler, situé au niveau du premier amplificateur, cette mesure permet d’optimiser la durée d’impulsion. Elle est aussi utilisée pour le réglage fin du com- presseur. Le faisceau laser de la salle 1 est destiné à des expériences d’interaction sur cible solide [63, 64, 65, 66], pour ces expériences, le contraste temporel doit être optimal. Entre la sortie du compresseur et l’enceinte expérimentale, un double miroir plasma (DMP) [67, 68] est donc installé. Il permet d’améliorer le contraste de 4 ordres de grandeur. La salle 2 est utilisée pour des expériences d’interaction sur cible gazeuse qui ne nécessitent pas d’amélioration du contraste [69], elle ne comporte donc pas de DMP. Avant l’entrée dans l’enceinte expérimentale, le front d’onde du faisceau est mesuré à l’aide d’un senseur de front d’onde de type Shack-Hartmann (appareil HASO de la société Imagine Optic). Ce senseur est couplé à un miroir déformable pour former une boucle d’optique adaptative. Enfin, le faisceau laser est focalisé sur la cible par un miroir parabolique hors axe. La boucle d’optique adaptative permet d’optimiser le front d’onde et ainsi optimiser la tache focale. Une caractérisation à l’aide d’un dispositif TERMITES peut être effectuée en principe à tous les étages de la chaîne laser. L’étude que nous avons réalisée visait à reconstruire les impulsions utilisées pour les expériences. Nous voulions donc nous placer au plus près possible de l’enceinte expérimentale. Dès la sortie du compresseur, les deux salles d’expé- riences sont trop encombrées pour un dispositif TERMITES. De la place était disponible à côté de la table de diagnostics de chacun des compresseurs. Nous avons donc dimensionné notre dispositif pour mesurer le faisceau à cet endroit.

Entre l’emplacement de la mesure et le lieu des expériences se trouvent de nombreuses optiques dont notament le DMP, le miroir déformable et le miroir parabolique de focali- sation. En principe, ces éléments réflectifs ne doivent pas introduire de couplages spatio- temporels et l’effet du miroir déformable peut être simulé sur les reconstructions comme nous l’avons décrit dans le paragraphe 1.1.

Les deux premiers amplificateurs peuvent fonctionner avec un taux de répétition de 10 Hz. En revanche, l’amplificateur 3J n’est utilisé qu’en monocoup. Pour les mesures TERMITES, nous avons besoin de plusieurs centaines d’images par mesure (typiquement 800) et voulons garder un temps d’acquisition raisonnable (plus court qu’une demi-heure). Nous travaillons donc à 10 Hz, les lasers de pompe de l’amplificateur 3 J étaient donc éteints.

Chapitre 3. Caractérisation du laser UHI-100 Compresseur Salle 1 Compresseur Salle 2 Spider Wizzler Ampli 3J Ampli 300mJ Etireur Regen+multipass Oscillateur Booster Dazzler

Figure 85 – Architecture du laser UHI-100. Les impulsions générées par l’oscillateur ont une énergie de l’ordre du nJ, une durée de 7 fs et un diamètre de 2 mm. Le booster est un élément qui permet d’améliorer le contraste temporel et d’amplifier les impulsion jusqu’à une énergie de 1.6 µJ, le diamètre du faisceau est toujours 2 mm et la durée est de 30 fs. L’étape suivante est l’amplification à dérive de fréquence (CPA). Le premier élément de la chaine CPA est l’étireur, il augmente la durée des impulsions jusqu’à la centaine de ps. Il occasionne aussi une perte d’énergie de 50%. A la sortie de l’étireur suivent 3 étages d’amplification dans des cristaux de titane saphir pompés par des lasers Nd :Yag. Ces trois éléments permettent d’amplifier l’impulsion jusqu’à 3 J. Dans le premier amplificateur se trouve un Dazzler qui permet d’optimiser la durée de l’impulsion. A mesure que l’impulsion est amplifiée, on augmente son diamètre jusqu’à 80 mm pour éviter d’endommager les optiques. A l’issue de l’amplification, le faisceau est dirigé vers l’une ou l’autre des salles d’expérimentation où se situent les compresseurs. Ceux-ci permettent de ramener la durée des impulsions à 25 fs.

Chapitre 3. Caractérisation du laser UHI-100

Double miroir plasma Compresseur HASO Miroir déformable Enceinte expérimentale Compresseur HASO Miroir déformable Enceinte expérimentale

Oscillateur Etireur Amplificateurs

SALLE 1

SALLE 2

SALLE LASER

Figure 86 – Schéma général du laser UHI-100 et des deux salles d’expérience. Deux périscopes permettent d’envoyer le faisceau de la salle laser à l’une ou l’autre des salles d’expérience. Après le compresseur, le faisceau est envoyé sur le DMP puis son front d’onde est corrigé par une boucle d’optique adaptative (HASO+mirroir déformable). Enfin il est focalisé sur la cible par un miroir parabolique situé dans l’enceinte expérimentale