Récapitulatif des caractéristiques du laser de pompe

Les tableaux ci dessous (2.1) résument les caractéristiques expérimentales pré-sentes sur la station Laserix.

Impulsion Plasma Pompe

Cristal amplificateur Ti :Sa

Durée de l’impulsion (·impulsion) 200 ps æ 220 ps 1 ps æ 20 ps Energie laser 1.3 J réparti sur les deux impulsions

(a)

Cible

Matériau Molybdène, Argent, Titane Dimension cible solide 4 ◊ 40 mm2

Dimensions lignes focales 4.7◊0.05 mm2

vitesse onde progressive vT W 1.1 c

(b)

Table 2.1 – Récapitulatif des paramètres du dispositif expérimental DGRIP (ca-ractéristiques du laser + cible)

Chapitre 3

Mise en évidence du rôle des

pré-impulsions : Production d’un

train d’impulsions contrôlé avec

l’amplificateur régénératif

Plan du chapitre

3.1 Dispositif de génération de l’impulsion plasma : configuration DGRIP 58 3.2 Génération de la pré-impulsion et de l’ASE avec l’amplificateur

régé-nératif . . . 59 3.2.1 Principe : modification de la synchronisation du RGA . . . . 61 3.3 Résultats expérimentaux – influence de l’ASE et de la pré-impulsion . 64 3.3.1 Mise en évidence du rôle du piédestal temporel . . . 64 3.3.2 Etude de l’influence de la pré-impulsion sur la génération du

laser X-UV . . . 70 3.3.3 Etude sur la durée de vie de la cible . . . 71 3.4 Conclusion de l’expérience . . . 74

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

Introduction

Dans le chapitre précédent, nous avons vu que les sources laser X-UV générées sur la station LASERIX sont obtenues à partir de l’interaction de deux impulsions laser sur une cible solide. La première impulsion, appelée « impulsion plasma », de durée nanoseconde, crée une colonne de plasma qui va constituer le milieu amplifi-cateur. Après plusieurs centaines de picosecondes, la deuxième impulsion, appelée « impulsion de pompe », de durée picoseconde, pompe les ions lasants du plasma en expansion. Une amplification de l’émission spontanée dans la gamme spectrale X-UV est ainsi obtenue.

Le rôle positif d’une pré-impulsion ou d’un piédestal laser sur l’efficacité de géné-ration de laser X-UV est connu depuis le schéma QSS et a pu être mis en évidence sur les lasers TCE au travers de plusieurs études [Kim 08, Janulewicz 10]. Il a été vérifié expérimentalement sur la station LASERIX, lors de la thèse de Jamil Habib, qu’une pré-impulsion de faible énergie (quelques mJ) et de courte durée (quelques ps) pouvait être favorable à l’augmentation de l’énergie X-UV mais aussi à la durée de vie de la cible [Habib 12]. Ce dernier paramètre est particulièrement important dans le cadre d’expériences qui nécessitent de fortes doses de rayonnements X-UV par accumulation de tirs à haute cadence [Zielbauer 10]. Différentes études montrent que la présence d’une pré-impulsion permet de réduire les gradients de densité dans le plasma amplificateur et donc de diminuer la réfraction pour permettre au fais-ceau X-UV de parcourir une plus grande distance à l’intérieur de la zone de gain. En schéma GRIP, ce phénomène est également ressenti par l’impulsion de pompe qui pénètre plus efficacement dans les zones de hautes densités.

Ce chapitre a pour objectif de retrouver ces différents effets au travers d’une première approche expérimentale simple à mettre en oeuvre, car elle ne nécessite pas l’ajout d’un nouveau dispositif au sein du système laser pilote. Après avoir préalablement décrit la méthode de production de l’impulsion plasma propre à cette expérience, nous présenterons une étude expérimentale de l’effet d’une pré-impulsion et de l’ASE produits dans l’amplificateur régénératif (RGA) sur la génération du laser X-UV.

3.1 Dispositif de génération de l’impulsion plasma :

configuration DGRIP

Lors de la thèse de Daniel Zimmer dans l’équipe LASERIX, un dispositif avait été développé pour permettre la production de deux impulsions consécutives servant à générer le laser X-UV le long d’un seul trajet optique, permettant ainsi de simplifier le dispositif de focalisation et d’améliorer la stabilité de la source.

Un module de type interféromètre de Mach-Zenhder, situé après l’étireur de Öff-ner et avant l’amplificateur régénératif, est utilisé pour créer les deux impulsions (cf. Fig. 3.1.1). Un cube séparateur de polarisation associé à une lame demi-onde (ordre zéro) permet de séparer le faisceau en deux parties ayant des polarisations

3.2 Génération de la pré-impulsion et de l’ASE avec l’amplificateur régénératif orthogonales. La lame demi-onde est montée sur une platine de rotation qui permet d’ajuster l’énergie relative des deux bras de l’interféromètre. La partie transmise de polarisation P se propage dans un étireur à lentille, de type Martinez [Martinez 87] afin d’ajouter une dispersion de vitesse de groupe positive à la phase spectrale intro-duite par l’étireur de Öffner. Le faisceau réfléchi se propage dans une ligne à retard motorisée qui permet de contrôler le retard entre les deux impulsions au moment de la recombinaison avec une lame à réflexion semi-réfléchissante (50/50). L’ampli-fication régénérative est synchronisée avec l’impulsion plasma et permet par filtrage du mode transverse dans la cavité, d’obtenir une parfaite recombinaison des deux impulsions en sortie. Notons que la fenêtre temporelle d’ouverture des deux cellules de Pockels (plusieurs dizaines de nanosecondes) est suffisamment large pour respec-tivement injecter et extraire les deux impulsions.

Les deux impulsions sont ensuite injectées dans les amplificateurs de puissance jusqu’à atteindre une énergie totale (plasma + pompe) de 2.5 J. Elles traversent ensuite le compresseur qui permet de compenser de façon optimale la dispersion de l’impulsion de pompe qui n’a subi que l’étirement du triplet de Öffner, laissant une phase résiduelle importante à l’impulsion plasma. Au bilan nous obtenons donc après compression le duo d’impulsion suivant (cf. Fig. 3.1.2) :

• Impulsion plasma de durée fixée par la géométrie de l’étireur Martinez (environ 200 ps) pour la création du plasma.

• Impulsion de pompe comprimée jusqu’à une durée comprise entre 1 et 20 ps pour le pompage du laser X-UV.

Le délai entre les deux impulsions peut varier entre 50 ps et 3 ns avec une précision < 10 fs, grâce à la ligne à retard à réglage piezo-électrique. La balance en énergie entre les deux impulsions est contrôlable à l’aide d’une monture à rotation piezo-électrique, qui autorise un réglage fin de la rotation de la lame demi-onde (précision de 1 mrad qui équivaut à une précision minimale de 5 % pour le réglage de l’énergie).

3.2 Génération de la pré-impulsion et de l’ASE avec

l’amplificateur régénératif

Comme cela a été décrit dans le chapitre 1, l’amplificateur régénératif présente l’avantage d’améliorer la qualité spatiale et la stabilité de pointé du faisceau ampli-fié. Néanmoins, l’utilisation d’une cavité avec l’injection d’une faible énergie laser dans un amplificateur à fort gain favorise la génération d’un piédestal laser de durée nanoseconde autour de l’impulsion amplifiée : il s’agit de l’amplification de l’émis-sion spontanée (ASE) du cristal qui se construit avec l’amplification de l’impull’émis-sion injectée. De plus, les optiques polarisantes présentes dans la cavité ont un taux d’extinction imparfait, responsables de l’apparition d’impulsions parasites à chaque aller-retour dans la cavité. Ces répliques, notamment celles qui apparaissent sur la

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

Figure 3.1.1 – Schéma du dispositif de génération de l’impulsion plasma pour la configuration DGRIP. Après séparation, une fraction du faisceau préalablement étiré se propage dans un deuxième étireur tandis que la partie réfléchie est envoyée dans une ligne à retard. Les deux fais-ceaux sont recombinés puis injectés dans la chaîne d’amplification.

Figure 3.1.2 – Profil temporel du schéma de pompage DGRIP. Le retard tP lasma

et la balance en énergie entre les deux impulsions sont contrôlables à l’aide du dispositif de type interféromètre de Mach Zenhder.

3.2 Génération de la pré-impulsion et de l’ASE avec l’amplificateur régénératif partie avant de l’impulsion – les pré-impulsions - peuvent être supprimées ou for-tement atténuées à l’aide de la cellule de Pockels de nettoyage (« Pulse Cleaner ») (cf. Chap.2 §. 2.2.4a). Dans cette étude, c’est précisément le niveau d’ASE et les pré-impulsions générées dans cet amplificateur que nous allons utiliser.