L’installation laser LULI2000

www.luli.polytechnique.fr

Architecture de la chaîne LULI2000 kJ

/ ns

M1 _X pilote 4 mJ - 1,5 ns _{1,053 µm} Φ37,5 mm I X _SADEC senseur d’alignement M5 M5 X X M15 X X X X M15 l/2 M1 lame quartz banc d’énergie SADMC M20 M20

X

X

lame de Verdet rotateur de Faraday rotateur de Faraday

MILKA

croix d’alignement

amplificateur à barreau

amplificateur à disques

Figure 4.1 – Schéma complet du processus d’amplification d’une chaîne laser

nanoseconde du LULI2000.

1. LULI, CNRS, Sorbonne Universités, École Polytechnique, CEA, https ://portail.polytechnique.edu/luli/fr

L’installation laser LULI2000 est composée de deux chaînes laser de puissance, mono- impulsionnelles et utilisant comme milieu amplificateur des verres de type YLF (Yttrium

Lithium Fluoride) dopés au néodyme (Nd3+_{). Chaque chaîne, respectivement dénommée}

"NORD" et "SUD", peut délivrer jusqu’à 800 J à la longueur d’onde fondamentale de 1,053 µm que l’on désigne par "1ω" pour une durée d’impulsion de 1.5 ns. Un oscillateur fibré permet à la chaîne NORD d’avoir toutes les formes temporelles souhaitées avec des impulsions allant de 0,5 à 15 ns. La chaîne SUD de son côté peut, si besoin, être com- pressée par technique CPA [117, 107] jusqu’à 1,3 ps. Cependant, dans cette configuration, pour éviter un endommagement trop rapide des réseaux de compression, l’énergie délivrée est bridée autour de 80 J pour les durées d’impulsions allant de 1,3 ps à 30 ps.

Ces deux chaînes, en sortie de l’oscillateur ont une durée d’impulsion usuelle de 1,5 ns, une énergie de 4 mJ à 1ω et un diamètre de 50 mm. Ensuite chaque chaîne nanoseconde subit un processus d’amplification schématisé par la fig. 4.1 au cours duquel les faisceaux passent au travers d’amplificateurs successifs à barreaux ou à disques. Les verres de ces barreaux sont "pompés" à l’aide d’un système de lampes flash au xénon qui émettent un spectre continu des IR aux UV sur une longue durée (∼ 100 µs).

Ces lampes sont alimentées par un banc d’énergie composé de batteries de condensateurs testées avant chaque tir par une décharge électrique. De plus, des filtres spatiaux sont insérés tout au long de la chaîne laser pour adapter le diamètre du faisceau, limiter le flux sur les optiques et éliminer les directions parasites du faisceau dues à l’émission spon- tanée dans les barreaux ou à divers défauts. Des rotateurs de Faraday (modulateurs de lumière unidirectionnel) sont placés entre chaque amplificateur à disques pour protéger les optiques de la rétro-propagation du faisceau qui pourrait les endommager. Au final, chaque faisceau possède un diamètre de 208 mm et une énergie pouvant aller jusqu’à 800 J. La longueur d’onde et la durée d’impulsion restent quant à elles inchangées. No- tons cependant que la forme temporelle d’une impulsion évolue légèrement au cours de la propagation en raison de divers effets de saturation.

Enfin un faisceau annexe (dénommé "BLEU"), de longueur d’onde fondamentale 1,053 µm, peut délivrer jusqu’à 50 J à 1ω et avoir, depuis 2016, sa propre forme temporelle d’im- pulsion, comprise entre 500 ps et 5 ns.

Notons aussi qu’un quatrième faisceau dit "NOIR" est en cours d’installation et pourra délivrer quelques joules en 1 ps à ω à partir de 2017.

L’installation comprend deux salles expérimentales que l’on peut voir schématisées sur la fig. 4.2. Ces salles 1 et 2 abritent respectivement des chambres expérimentales de 2 m et de 80 cm de diamètre dans lesquelles les différents faisceaux laser sont focalisés. Lors des deux expériences présentées ci après, les faisceaux NORD, SUD et BLEU sont utilisés,

tous doublés en fréquence et utilisés dans la salle d’expérience n◦2.

Le doublage en fréquence se fait à l’aide d’un cristal de KDP (Potassium Dihydrogen Phosphate) [43], au sein même de la salle expérimentale, situé juste avant la focalisation de chaque faisceau. Une fois passées à 2ω les chaînes NORD et SUD peuvent chacune fournir des énergies allant jusqu’à 500 J tandis que le faisceau BLEU peut délivrer jus- qu’à 20 J. Ce dernier est focalisé grâce à une lentille de distance focale de 500 mm qui permet d’obtenir une tache focale d’environ 20 µm de diamètre à la meilleure focalisation. Dans nos expériences, les deux faisceaux nanosecondes arrivent sur la cible avec une tache focale plus grande, de 400 µm de diamètre environ. En effet, ces taches focales sont obte- nues après le passage de chaque faisceau dans une lentille de distance focale de 1600 mm

Hall laser d'amplification

Salle 1 Salle 2

Compresseurs _{Faisceau « SUD », 800 J / ns ou 100 J / ps}

Faisceau « NORD », 800 J / ns ns ns ns ps ns ns Faisceau « BLEU », 50 J / ns Faisceau « Noir », 10 J / ps ps Faisceau sonde 100 mJ, ps Chambre expérimentale d'environ 0.8 m de diamètre Chambre expérimentale d'environ 2 m de diamètre ns ns

Figure 4.2 – Schéma des salles d’expérience ainsi que de la salle d’amplification laser

de l’installation LULI2000, où les trajets des différents faisceaux vers les salles expérimentales sont représentés.

couplée à une lame de phase de type HPP (Hybrid Phase Plate) [64].

Sommairement, une HPP est une lame de phase produisant dans le plan focal un profil d’intensité super-gaussien. Le principe est globalement le même que dans le cas d’une lame de phase RPP (Random Phase Plate)[63, 81], c’est le schéma en surface de la lame qui change. En effet, une RPP est constituée de marches (avec des déphasages différents et aléatoires) réparties de façon régulière en surface. Une HPP en revanche est construite avec des éléments de forme hybride répartis en surface sans schéma particulier. Une telle lame de phase permet d’obtenir une tache focale plus homogène quand le faisceau est dé- focalisé. En revanche pour un faisceau focalisé, une RPP sera plus efficace car elle induira moins de points chauds qu’une HPP. Lors des deux expériences décrites ci après nous utilisons les faisceaux des chaînes NORD et SUD défocalisés à 400 µm ce qui explique le choix d’une lame de phase de type HPP.

Chapitre 5

Absorption X du Cu, du Ni et de

l’Al et validation d’un nouveau type

de chauffage indirect

La première expérience, réalisée en décembre 2013, décrit ici des mesures d’absorption dans le domaine du rayonnement X au voisinage de l’équilibre thermodynamique local (ETL) de plasmas de Z modéré pour des températures électroniques autour de 25 eV et

des densités comprises entre 10−3 et 10−2 g/cm3_{. Ce type de mesure requiert des cibles}

complexes millimétriques ainsi que des techniques expérimentales précises pour obtenir des données de qualité ayant une résolution spectrale adaptée à chaque étude. Dans les deux dernières décennies, plusieurs expériences ont été réalisées dans le domaine des X avec un chauffage indirect comme évoqué dans l’introduction de ce manuscrit [28, 85, 118]. Nous présentons dans ce chapitre une expérience d’absorption X faite sur l’installation LULI2000 avec un nouveau modèle de chauffage indirect. Nous nous sommes intéressés principalement aux structures d’absorption correspondant aux transitions 2p-3d du cuivre et du nickel, détectées à l’aide d’un spectromètre dont la gamme spectrale s’étend de 680 eV à 1700 eV. Le but de cette expérience est multiple :

- tester un nouveau schéma de cible en chauffage indirect ; - enregistrer des spectres de transmission X ;

- tenter de détecter simultanément des spectres de transmission X et XUV.