Le pilote, dont l'architecture est visible en Fig. I.11, est composé de quatre blocs princi- paux, s'articulant autour de l'OPCPA : une source ultrabrève élargie spectralement, un premier OPCPA en régime picoseconde associé à son système de pompage, l'étireur général de la chaine Apollon et un deuxième OPCPA en régime nanoseconde associé lui aussi à son système de pom-
:
7 fs :
ce phénomène non linéaire du 3e ordre permet de générer une impulsion polarisée orthogonale-
ment à l'onde source avec une intensité dépendant cubiquement de l'intensité d'entrée. De par la nature non linéaire du phénomène, seules les composantes de hautes intensités sont donc converties e cacement, ce qui permet d'obtenir un signal de contraste augmenté. De plus le phénomène d'XPW s'accompagne entre autre d'auto modulation de phase ( Self Phase Mo- dulation ou SPM) qui permet d'élargir le spectre au delà de la limite√3permise par l'XPW seule, pourvu que l'intensité sur le cristal utilisé soit su sante. Les équationsI.8donnent la va- riation des amplitudes A et B des ondes source et générée en fonction de la dimension d'espace lors de l'interaction non linéaire dans le cristal [Ramirez 13b] :
−idA dz = γ1|A| 2A + 2γ
3|B|2A + γ4|B|2B + γ2AAB∗+ 2γ2|A|2B + γ3BBA∗ (I.8a)
−idB
dz = γ5|B|
2B + 2γ
3|A|2B + γ2|A|2A + γ4BBA∗+ 2γ4|B|2A + γ3AAB∗ (I.8b)
Les premiers termes en γ1 et γ5 représentent l'automodulation de phase (SPM), les deuxièmes
termes en γ3 représente la modulation de phase croisée ( Cross-Phase Modulation ou XPM)
et les troisièmes termes en γ2et γ4représentent l'XPW. Les autres termes représentent d'autres
mélanges à quatre ondes. Le schéma utilisé est composé de deux cristaux de BaF2 séparé par
un guide d'onde à c÷ur creux sous vide (cf encadré XPW sur le schémaI.12). Le premier cristal génère un signal XPW qui sert d'injection au deuxième. Le guide d'onde permet le ltrage spatial entre les deux cristaux et évite l'eet de focalisation Kerr [Ramirez 13b]. Ce système permet nalement d'améliorer le contraste de la source Ti:Sa de deux à trois ordres de grandeurs ainsi que d'obtenir un spectre de forme gaussienne capable de supporter des im- pulsions de 10 fs [Papadopoulos 17].
Le signal est ensuite étiré temporellement jusqu'à environ 6 ps par un bloc de verre (BK7) de 15 cmavant de passer en double passage dans un ltre acousto-optique programmable ( Dazz- ler ) permettant de compenser en amont les distorsions de phase spectrale (d'ordres élevées) de toute la chaine Apollon (encadré vert de la gureI.12). Un ltrage spatial par guide d'onde à c÷ur creux permet ensuite d'obtenir un faisceau laser de très bonne qualité spatiale ainsi qu'une référence de pointé pour toute la chaine avant d'ampli er le signal dans l'OPCPA.
Figure I.12 Injection de l'OPCPA picoseconde du pilote du laser Apollon [Papadopoulos 17]. 3.1.2 OPCPA en régime picoseconde et étireur
À cause de la faible transmission du Dazzler et du ltrage spatial, l'énergie du signal à l'entrée de l'OPCPA n'est plus que d'environ 2 µJ. La transmission limitée du Dazzler réduit
aussi la bande spectrale du signal à 70 nm à mi-hauteur. Le pompage de cet OPCPA est réalisé à 515 nm par doublement de fréquence d'une chaine ampli catrice à base d'ytterbium utilisant la technique de CPA et travaillant à 100 Hz. Pour assurer la synchronisation temporelle entre les faisceaux pompe et signal et limiter la gigue entre eux, le faisceau de pompe est généré par ampli cation de la partie du spectre de l'oscillateur supérieure à 1020 nm. La chaine de pompage est successivement constituée d'un ampli cateur commercial à bres dopées à l'ytterbium, d'un étireur pour allonger temporellement à 1,5 ns les impulsions centrées autour de 1030 nm, d'un ampli cateur régénératif commercial à base d'Yb:KYW (Eout=2 mJ), d'un ampli cateur
multi-passage à base d'Yb:CaF2 pour amener l'énergie à 30 mJ et en n d'un compresseur qui
permet d'amener la durée d'impulsion du faisceau de pompe autour de 15 ps. Le doublement de fréquence s'eectue dans un cristal de triborate de lithium (LBO) de 4 mm d'épaisseur. Des impulsions de pompe de 12 ps à une énergie de 10 mJ sont ainsi obtenues.
L'ampli cation OPCPA se fait en début de régime de saturation pour obtenir un signal ampli é stable et une bonne e cacité. 9 mJ de pompe permette de générer 0,95 mJ de signal ampli é (e cacité autour de 10 %) avec un spectre s'étendant sur 180 nm avec une forme rectangulaire et un excellent pro l spatial (cf gureI.13).
L'impulsion en sortie de l'OPCPA picoseconde peut être comprimée e cacement à 9,5 fs
Figure I.13 Spectre et pro l spatial de l'impulsion en sortie de l'OPCPA picoseconde [Papadopoulos 17].
(proche de la limite de Fourier 8,1 fs). Cette compression permet de mesurer le contraste. Celui ci est tracé sur la gure I.14et est estimée meilleure que 1012 [Papadopoulos 17].
L'étireur est visible en gure I.15. Il se base sur une architecture de type Öner. Il permet d'obtenir de grands facteurs d'étirement (13 ps·nm−1) avec une large acceptance spectrale (de
720 nm à 920 nm), en limitant les aberrations spatiales dans le faisceau et ainsi les couplages spatio-temporels [Cheriaux 96]. Cette architecture empêche donc notamment l'étalement spa- tial des diérentes composantes spectrales ( spatial chirp ). Cet étireur est constitué de deux miroirs concentriques et de deux réseaux positionnés l'un au centre de courbure commun et l'autre plus proche du miroir convexe. Le faisceau est tout d'abord dispersé par le premier réseau (1450 traits/mm) au centre de courbure commun avant d'être ré échi par le miroir concave (R=1000 mm), sur le miroir convexe (R=−500 mm) puis de nouveau sur le miroir concave. À ce stade le faisceau retrouve ses dimensions initiales assurant un grandissement de −1. La conception de cet étireur dière ensuite des étireurs Öner classiques par l'ajout d'un deuxième réseau (aussi 1450 traits/mm) positionné au niveau du miroir convexe. Deux miroirs de renvoi en toit sont en n positionnés pour eectuer le trajet en sens inverse mais légèrement décalé par rapport à l'entrée assurant ainsi une bonne recombinaison spatiale des composantes spectrales.
Figure I.14 Contraste de l'impulsion comprimée en sortie de l'OPCPA picoseconde [Papadopoulos 17].
Figure I.15 Schéma de l'étireur à deux réseaux type Öner de la chaine Apollon (adapté de [Ramirez 13a]).
À l'heure actuelle, le pilote développé au Laboratoire Charles Fabry a été déménagé en l'état à l'Ormes les Merisiers pour être exploité. Après l'étireur Öner, un ampli cateur multi-passage Ti:Sa a été développé pour remplacer l'OPCPA en régime nanoseconde qui est en cours de développement. Cet ampli cateur permet d'augmenter l'énergie des impulsions jusqu'à 10 mJ à une cadence de 10 Hz pour pouvoir injecter correctement la seconde partie de la chaine qui est constituée des ampli cateurs énergétiques. Cependant, cet ampli cateur réduit le spectre autour de 100 nm FWHM avec une forme super-gaussienne. Cette première version du pilote est aujourd'hui totalement opérationnelle sur le site d'Apollon et permet d'injecter convenablement la chaine Ti:Sa en vue de la démonstration du premier petawatt.