Etude sur la durée de vie de la cible

Dans la lignée des travaux réalisés dans le cadre de la thèse de Jamil Habib [Habib 12], on étudie ici l’influence du précurseur sur la durée de vie de la cible.

Méthode d’ajustement de l’évolution de l’énergie tir à tir

Pour rendre compte à la fois de l’énergie du premier tir laser et de la durée de vie de la cible, nous avons réalisé un ajustement des mesures de l’énergie en fonction du numéro du tir à l’aide d’une fonction de type sigmoïde définie comme suit :

f(n) = Ebruit+^(Emax^¯ ≠ Ebruit) 1 + (n/n_{· Õ})–

Chapitre 3 Mise en évidence du rôle des pré-impulsions : Production d’un train d’impulsions contrôlé avec l’amplificateur régénératif

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

Figure 3.3.8 – Profil temporel d’excitation du laser X-UV et imagerie champ proche de l’émission X-UV correspondante, pour trois énergies de pré-impulsions différentes : (a) et (d) 15 mJ (b) et (e) ƒ 50 mJ et

(c) et (f) ƒ 230 mJ. L’enveloppe saturée qui se situe à t=16.5 ns

correspond aux impulsions principales du DGRIP. La pré-impulsion est localisée à t=2.5 ns ce qui correspond à une avance équivalente à un aller-retour dans le RGA.

3.3 Résultats expérimentaux – influence de l’ASE et de la pré-impulsion où Ebruit représente l’énergie du bruit plasma mesurée lorsque qu’il n’y a plus de laser X-UV et n le numéro du tir laser.

Ce type de fonction d’ajustement nous permet de distinguer et d’évaluer trois paramètres principaux qui décrivent l’évolution de l’énergie tir à tir pour chaque délai considéré :

1. Emax¯ représente l’énergie moyenne autour de laquelle les premiers tirs lasers fluctuent.

2. n· représente le point d’inflexion de la fonction f(n) qui correspond au nombre de tirs au bout duquel l’énergie diminue de moitié en tenant compte du bruit plasma (Ebruit) : E(n·) = Emax¯ +Ebruit

2 . Ce critère permet de quantifier la durée de vie de la cible dans une configuration donnée.

3. – est le degré du polynôme qui décrit la vitesse de décroissance de l’énergie en fonction du nombre de tirs. Il permet de rendre compte de la rapidité à laquelle l’énergie tend vers E(n·). Par exemple pour – = 1, la décroissance décrit une hyperbole dès le début des tirs. Plus – est élevé, plus l’énergie est stable pour les premiers tirs laser avant de rapidement décroitre au voisinage de n· et tendre vers l’énergie Ebruit.

Résultats expérimentaux

Pour estimer la durée de vie, on réalise une série de 150 tirs sur un même em-placement de cible, pour des valeurs de l’énergie du précurseur de 15 mJ, 50 mJ et 230 mJ, correspondant respectivement à une intensité sur cible de 6◊1011W.cm≠2, 2◊1012W.cm≠2, et 9.2◊1012W.cm≠2. La figure 3.3.9 montre les mesures de l’énergie X-UV ainsi que la position spatiale de la pupille dans le plan (X,Y).

On observe, dans le cas d’une pré-impulsion de 15 mJ, que l’énergie X-UV oscille autour de 1◊105 coups sur près de 40 tirs avant de diminuer rapidement jusqu’à l’extinction obtenue au bout de 60 tirs. Le centre de la pupille fluctue autour d’une même position suivant l’axe vertical (Y) avec une dispersion de 10 % (RMS), et tend à se rapprocher de la cible au fur et à mesure des tirs à la vitesse de 0.13 µm par tir).

Pour une pré-impulsion plus importante (Epr´ecurseur = 50 mJ), le laser X-UV présente bien une énergie plus élevée (facteur 6) mais également une amélioration substantielle de la durée de vie : le signal oscille autour de 6◊105 coups puis dimi-nue jusqu’à la moitié de cette valeur après 150 tirs. Notons que l’émission laser est toujours opérante après plus de 600 tirs. La position verticale de la source présente les mêmes fluctuations (12,5 % RMS), et se rapproche à la même vitesse de la cible que pour le précurseur de plus basse intensité.

En augmentant l’énergie de la pré-impulsion autour de 230 mJ, l’énergie du laser X-UV est identique pour les premiers tirs laser, mais subit une diminution de moitié au bout de seulement 50 tirs, tout en restant opérante au bout de 150 tirs. Dans ce dernier cas, nous avons remarqué que la position de la source en Y était plus in-stable dès les premiers tirs laser (20 % RMS) et fluctuait encore davantage lorsque le

Chapitre 3 Mise en évidence du rôle des pré-impulsions : Production d’un train d’impulsions contrôlé avec l’amplificateur régénératif

signal X-UV avait diminué de moitié en énergie (25% RMS). De façon tout à fait sur-prenante dans ce cas, la pupille X-UV s’éloigne de la cible au fur et à mesure des tirs. Nous montrons ainsi qu’une pré-impulsion contrôlée en énergie (optimum de l’ordre de 50 mJ) entraîne, en plus du gain en énergie X-UV déjà observé au pa-ragraphe précédent, une augmentation de la durée de vie de la cible. Nous avons observé que pour 50 mJ et 250 mJ d’énergie dans le précurseur, les vitesses de creu-sement de la cible étaient sensiblement identiques (cf. courbe (c) Fig. 3.3.9), ce qui écarte l’hypothèse selon laquelle la pré-impulsion augmente la durée de vie de cible en préservant la surface par une diminution de l’ablation induite.

Au bout de quelques tirs laser, on observe à la surface de la cible la formation d’un cratère dont la profondeur et la courbure évoluent en fonction du nombre de tirs. L’extinction du laser X-UV dans le cas d’une faible pré-impulsion est probablement due à une courbure trop importante de la cible, qui serait à l’origine de turbulences dans le plasma induisant des gradients de densité élevés.

Dans le cas d’une plus forte pré-impulsion (230 mJ), on constate en outre que l’émission s’éloigne de la cible au fur et à mesure des tirs. Ce comportement, repro-ductible, s’accompagne d’une grande instabilité suivant l’axe Y. Ceci pourrait être dû à la collision de plasmas engendrée par une courbure élevée [Purvis 10], et géné-rant des instabilités hydrodynamiques très importantes. Pour une énergie de pompe modérée (50 mJ), l’adoucissement des gradients induit par la pré-impulsion pourrait permettre de générer une zone propice à la génération d’un gain laser malgré l’état irrégulier de la cible.