3.6 Emission propre
3.6.1 Pr´ esentation des r´ esultats
Les r´esultats de l’´emission propre que nous avons obtenus peuvent ˆetre class´es en trois cat´egories, selon la dur´ee de la fenˆetre temporelle utilis´ee avec la cam´era streak.
– Images ”lentes”. Vitesse de balayage 1000ps/mmavec une fente de 100µm. Ici la fenˆetre temporelle correspond `a ∼ 10ns et la r´esolution est limit´ee `a 100ps.
Elles permettent de suivre l’´evolution de l’´emission sur une ´echelle de temps caract´eristique de l’expansion hydrodynamique.
– Images ”rapides”.Vitesse de balayage rapide 50, 100 et 200ps/mmavec une fente de 100µm. Dans ce cas, la fenˆetre temporelle est plus courte (∼0.5−1.5ns) et la r´esolution temporelle bien plus ´elev´ee (10−15ps). On peut alors suivre avec plus de d´etails l’´emission juste apr`es son apparition.
– Images ”rapides” avec r´esolution spatiale. Vitesse de balayage 50 et 100ps/mm avec une fente d’entr´ee ouverte `a 3mm. Cette m´ethode permet d’obtenir des images instantan´ees bidimensionnelles, int´egr´ees sur une fenˆetre temporelle courte (150−280ps). L’int´erˆet de cette technique est justifi´e - comme on le verra par la suite - par l’existence d’un pic d’intensit´e tr`es court (<100ps) au tout d´ebut du signal d’´emission. On peut alors isoler temporellement ce pic du reste du signal d’´emission qui arrive plus tard et en estimer les dimensions et l’´energie.
D’abord, nous d´ecrivons qualitativement les images d’´emission propre. L’interpr´etation physique est abord´ee dans le paragraphe suivant (3.6.2)
Images lentes
Dans la figure 3.34, nous pr´esentons les r´esultats obtenus pour deux ´epaisseurs diff´erentes de la cible, `a la mˆeme ´energie laser. A droite de chaque image, une section
3.6 Emission propre
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
t (ps)
Fig.3.34 –Images ”lentes” d’´emissivit´e d’une cible d’aluminium. ´Epaisseur 35µm(en haut) et 75µm(en bas). (1) pic d’´emissivit´e, (2) phase de d´ecroissance de l’´emissivit´e, (3) expansion radiale de la tache. Le pic initial est l´eg`erement satur´e dans l’image du haut. A droite, un profil temporel passant au centre de l’´emission permet de reconnaˆıtre les diff´erentes phases.
verticale prise au centre du signal d’´emission. On peut observer (1) un pic court (<
100ps) et tr`es intense au d´ebut de l’´emission, puis (2) l’intensit´e d´ecroˆıt sensiblement pendant un intervalle de temps qui croˆıt avec l’´epaisseur de la cible (2−3ns dans le cas de la cible de 35µm et ≈ 6ns pour celle de 75µm). Ensuite, (3) on observe une
phase d’expansion radiale, accompagn´ee par une remont´ee tr`es nette de l’´emissivit´e. La vitesse d’expansion radiale moyenne dans cette phase peut ˆetre estim´ee `a 4−5×104m/s.
Le fait que l’expansion radiale commence plus tard dans la cible la plus ´epaisse sugg`ere que cette phase correspond au d´ebouch´e en face arri`ere de l’onde de choc associ´ee `a l’ASE. Puisque les conditions d’interaction sont identiques dans les deux cas, on peut estimer sa valeur moyenne `a partir de la diff´erence de chemin et du retard. On obtient environ ≈ 2×104m/s pour les deux ´epaisseurs. Si l’on consid`ere maintenant la largeur spatiale de l’´emission, elle semble rester constante pendant les deux premi`eres phases et vaut initialement ≤150µm.
Images rapides
Nous pr´esentons dans la figure 3.35 les r´esultats obtenus pour deux ´epaisseurs diff´erentes (17µm `a 0.8J, et 75µm `a 2.8J).
On observe ici l’´emission dans les premi`eres centaines de picosecondes. La dur´ee du pic initial est toujours ≤ 80−100ps. L’´emissivit´e apr`es le pic est att´enu´ee, par rapport aux images lentes, car le flux total de photons d´etect´es est ici r´eparti sur plus de pixels, en raison de la vitesse de balayage plus ´elev´ee. Apr`es le pic, on constate qu’aucune expansion radiale ni remont´ee d’´emissivit´e n’est plus visible `a cette ´echelle temporelle plus courte, et l’´emissivit´e d´ecroˆıt lentement. Dans le premier tir (figure 3.35 en haut) on peut appr´ecier la largeur initiale de la tache d’´emission (≈ 80µm) et la dur´ee temporelle du pic (≤ 100ps `a mi hauteur). Dans le tir du bas (75µm) la dur´ee est de 40ps. On observe que dans toutes les images rapides, la dur´ee du pic est toujours comprise entre 20 et 60ps, sauf pour les cibles les plus minces (<20µm), o`u elle est plus longue d’un facteur 2−3 (figure 3.35 en haut). Comme nous le verrons lors de l’analyse des r´esultats, cette diff´erence peut s’expliquer par un pr´echauffage des cibles.
Afin de d´eterminer la temp´erature de la face arri`ere avec une autre m´ethode que le comptage absolu des photons, nous avons positionn´e sur l’image (pour certains tirs), deux filtres color´es (bleu et rouge), qui permettent d’obtenir le rapport de l’´emissivit´e dans deux bandes spectrales distinctes. La transmission de ces filtres a ´et´e pr´esent´ee dans la figure 3.8. On peut observer dans la figure 3.36 (35µm `a 3.7J), la pr´esence du double filtre color´e, qui divise l’image en deux suivant l’axe spatial. Un mauvais alignement du filtre par rapport au centre de l’image peut rendre le signal artificielle-ment plus fort d’un cˆot´e, ce qui rend d´elicate l’analyse. Pour limiter cette erreur, nous avons effectu´e des tirs d’essai en modifiant la position des filtres, pour les centrer par rapport `a l’´emission. La dur´ee du pic initial dans cette image vaut 40ps FWHM.
Pour des ´epaisseurs sup´erieures `a 75µm, seul le pic court reste bien ´evident dans les images rapides, quoique de plus en plus faible, tandis que la phase d’´emissivit´e d´ecroissante n’est plus du tout visible, comme on le voit, `a titre d’exemple, dans la figure 3.37.
3.6 Emission propre
Fig.3.35 –Images ”rapides” d’´emissivit´e (cibles d’aluminium, ´epaisseur 17µm, ´energie laser 0.8J (a) et 75µm, 2.8J (b)). (1) pic d’´emissivit´e , (2) phase de d´ecroissance de l’´emissivit´e.
Pour le tir du bas, l’´emission dans cette deuxi`eme phase est beaucoup plus faible par rapport au pic (environ un ordre de grandeur) que pour celui du haut. Aucune expansion radiale ni remont´ee d’´emissivit´e n’est visible `a cette ´echelle temporelle.
200 µm
200 ps 2
2 1
Al 35 µm
rouge bleu
-800 -600 -400 -200 0 200 400 600
0 20 40 60 80 100 120
0 200 400 600 800 1000
t (ps) droite (bleu) gauche (rouge)
Intensité (u.a.)
1 2
Fig. 3.36 – Images ”rapides” d’´emissivit´e d’une cible d’aluminium (35µm, 4J), avec le double filtre rouge-bleu qui divise l’image en deux. A droite : profil rouge (pointill´e) et bleu (continu).
200 µm 50 ps
200 µm 100 ps
Al 125 µm Al 200 µ m
pic
pic
Fig. 3.37 – Images ”rapides” d’´emissivit´e (cibles d’aluminium). Cibles tr`es ´epaisses. A gauche : 125µm, ´energie laser 6.7J; `a droite : 200µm et 6J. Seul le pic court est clairement visible ici. Apr`es le pic, l’´emission retombe au niveau du bruit de fond.
3.6 Emission propre
Images rapides avec r´esolution spatiale
200 µm
Al 75 µm Al 125 µm 200 µm
fente 200 fente
µm 200
(280 ps) (280 ps) µm
a) b)
Fig. 3.38 – Images ”instantan´ees” d’´emissivit´e. (a) 75µm, ´energie laser5.2J; (b) 125µm,
´
energie laser 5.9J. La cam´era streak a ´et´e utilis´ee avec la fente ouverte et une vitesse de balayage rapide pour ”congeler” l’´evolution de l’´emissivit´e et obtenir une image 2D du pic.
Sur ces images, on peut appr´ecier la forme et la taille du pic court d’´emissivit´e. Apr`es le pic le signal est tr`es faible, `a la limite du bruit de fond pour l’image de droite.
Nous pr´esentons enfin les r´esultats obtenus avec la fente de le streak ouverte (3mm) et avec une vitesse de balayage rapide (100ps/mm). Dans ce cas, l’´evolution temporelle est ”congel´ee” : on obtient des instantan´es 2D du pic d’´emissivit´e (figure 3.38). Comme on l’a vu dans la s´erie pr´ec´edente, pour des ´epaisseurs de la cible sup´erieures `a 75µm seul e pic est visible, sans aucun signal d’´emissivit´e apr`es. On va donc examiner deux tirs `a ´epaisseurs ≥ 75µm (75µm `a 5.2J et 125µm `a 5.9J). On observe que la tache centrale a une taille comprise entre 60 et 100µmet se superpose `a une zone plus large o`u l’´emissivit´e est plus faible.
Nous avons ´egalement compar´e ces images instantan´ees avec les images 2D int´egr´ees dans le temps, obtenues avec la cam´era CCD install´ee dans notre syst`eme optique (voir sch´ema 3.7). Par rapport aux images obtenues avec la cam´era `a balayage, celles de la cam´era CCD ont une meilleure r´esolution spatiale mais collectent toute l’´emission propre, mˆeme apr`es le pic court. Cette comparaison permet tout de mˆeme de confirmer la taille du pic central d’´emission, comme on le voit sur la figure 3.39, qui correspond au mˆeme tir que la figure 3.38 (b). La partie centrale ´etroite (50µmenviron) surmonte nettement une zone d’´emission tr`es large et correspond, en dimension, au pic obtenu avec la cam´era streak. Nous observons ce pic central ainsi que la zone d’´emission plus large pour tous les tirs
Al 125 µ m
Pic étroit
Profil horizontal (Intensité u.a.)
Pic étroit
240 µm 50 µm
Fig. 3.39 – Emissivit´´ e int´egr´ee temporellement (image 2D) pour la cible (b) de la figure 3.38.
A partir des donn´ees exp´erimentales, nous pouvons tracer la dimension du pic court en fonction de l’´epaisseur de la cible (figure 3.40). La taille augmente de mani`ere r´eguli`ere avec un angle de divergence moyen de l’ordre de ±20◦. Ce r´esultat sera `a comparer avec ceux obtenus `a partir du rayonnement Kα (chapitre 4).
3.6 Emission propre
0 50 100 150 200 250 300
0 100 200 300 400
Epaisseur cible (µm) Diamètre pic court (µm)
Fig. 3.40 –Diam`etre du pic d’´emissivit´e (signal court) en fonction de l’´epaisseur de la cible.