Spectre amplifi´e et effet de saturation par le gain

Le spectre est tout d’abord mesur´e en sortie du pilote avec une ´energie ∼5 mJ (figure 11.3a - courbe noire). La mise en forme du spectre au niveau du pilote est r´ealis´ee grˆace au filtre bir´efringent intra-cavit´e et est destin´ee `a compenser le fort effet de saturation par le gain durant l’amplification de puissance. Ainsi, un spectre en forme de double-bosse dissym´etrique, de largeur 4.6 nm `a mi-hauteur (figure 11.3a - courbe noire) permet d’ob- tenir en fin de chaˆıne un spectre amplifi´e large et sym´etrique. Pour une ´energie de 560 J en fin de chaˆıne, le spectre amplifi´e poss`ede un profil supergaussien d’ordre 4 et une lar- geur 3.9 nm `a mi-hauteur (figure 11.3a - courbe rouge). L’effet de r´etrecissement spectral par le gain dans les amplificateurs de puissance est beaucoup moins fort que pendant la pr´e-amplification en cavit´e r´eg´en´erative, puisque le largeur spectrale est r´eduite de moins d’un nanom`etre. Le calcul de la transform´ee de Fourier du spectre exp´erimental amplifi´e nous donne une dur´ee d’impulsion de ∼470 fs (figure 11.3b). L’autocorr´elation du second- ordre et la corr´elation crois´ee du 3`eme_{ordre sont calcul´ees `a partir du spectre exp´erimental}

amplifi´e, ce qui permet d’´evaluer le constraste temporel de l’impulsion `a 10−₆

`a -25 ps (figure 11.3c-d).

Une puissance crˆete de 1 PW est donc potentiellement d´elivrable par le laser Pico2000 avec une ´energie disponible de 560 J et un spectre de 3.9 nm de largeur. Il ne s’agit plus qu’`a comprimer les impulsions amplifi´ees `a une dur´ee <500 fs.

L’amplification de puissance d’impulsions `a spectre large dans des mat´eriaux Nd :verre a ´et´e valid´ee au cours des diff´erentes campagnes d’exp´eriences. Les chaˆınes laser jumelles Nord et Sud donnent des r´esultats similaires en terme d’´energie et de spectre. Une ´energie maximale de 560 J a pu ˆetre obtenue avec un spectre large supergaussien (∼4 nm `a mi-hauteur) ce qui permet d’envisager la compression des impulsions jusqu’`a une dur´ee d’impulsions sub-picoseconde. Le profil spatial du faisceau laser amplifi´e en sortie des chaˆınes laser, de diam`etre 200 mm, est homog`ene et ne pr´esente pas de surintensit´es.

Fig. 11.3 – (a) Mesures du spectre en sortie du pilote de forme double-bosse asym´etrique de largeur `a mi-hauteur 4.6 nm pour une ´energie de ∼5 mJ (courbe noire) et du spectre amplifi´e de largeur `a mi-hauteur 3.9 nm pour une ´energie de 560 J (courbe rouge) ajust´e par une supergaussienne d’ordre 4 (courbe bleue). (b) Calcul de la transform´ee de Fourier du spectre exp´erimental donnant une dur´ee d’impulsion de ∼470 fs. (c-d) Calculs de l’autocorr´elation du second-ordre et de la corr´elation crois´ee du 3`eme <sub>ordre `a partir du</sub>

Chapitre 12

Compresseur d’impulsions de

Pico2000

Le compresseur d’impulsions est le dernier ´etage du syst`eme laser Pico2000. Il permet de comprimer temporellement les impulsions amplifi´ees d’une dur´ee de quelques nano- seconde `a une dur´ee sub-picoseconde. Le compresseur d’impulsions g´en`ere donc des im- pulsions de forte puissance crˆete dans la gamme petawatt qui seront ensuite focalis´ees pour atteindre des intensit´es laser de >1020 _W/cm2_{. La mise en place du compresseur}

d’impulsions se d´eroule selon trois ´etapes. La premi`ere ´etape qui est maintenant achev´ee consistait `a construire un compresseur `a r´eseaux multicouches di´electriques pour accueillir un faisceau incident de diam`etre 200 mm et une ´energie de plusieurs centaines de joules avec un spectre de largeur 4 nm. Ensuite, la deuxi`eme ´etape consistera `a mettre en phase deux r´eseaux de diffraction pour le second r´eseau, celui sur lequel le spectre s’´etale. Ceci permettra d’augmenter la largeur spectrale des impulsions tout en ´evitant le ph´enom`ene de coupure spectrale. Et enfin, la derni`ere ´etape sera d’atteindre une puissance crˆete de 1 PW par l’augmentation du diam`etre du faisceau incident `a 300 mm et de l’´energie jusqu’`a 600 J.

Je d´etaillerai dans un premier paragraphe l’architecture compacte qui a ´et´e retenue pour le compresseur d’impulsions, en insistant sur les diff´erents avantages et inconv´enients de cette architecture. Ensuite, j’exposerai les diff´erents ´etudes que j’ai r´ealis´e sur ce sch´ema de compresseur d’impulsions avec le calcul de la coupure spectrale du compresseur ainsi que l’´etude des tol´erances d’alignement des r´eseaux de diffraction. Enfin, je pr´esenterai les premiers r´esultats de compression d’impulsions en r´egime petawatt.

12.1

Architecture compacte du compresseur d’impul-

sions `a r´eseaux de diffraction MLD

Le dimensionnement du compresseur d’impulsions du laser Pico2000 a ´et´e r´ealis´e au LULI par Christian Sauteret [132]. Le but initial ´etait de concevoir une architecture la

plus compacte possible pour le compresseur d’impulsions. La g´eom´etrie du compresseur est d´efinie par la dimension, la densit´e de traits et l’angle d’incidence des r´eseaux et par leur distance de s´eparation. Les caract´eristiques ´energ´etiques du compresseur sont elles fix´ees par l’efficacit´e de diffraction et le seuil d’endommagement des r´eseaux. Le choix des diff´erents param`etres du compresseur est n´eanmoins conditionn´e par les contraintes technologiques de fabrication des r´eseaux de diffraction MLD ainsi que par l’objectif de compacit´e.