Dans un premier temps, on pr´esente le lissage particulier de l’impulsion laser. Ensuite la tache focale utilis´ee pendant l’exp´erience est d´ecrite. En particulier, on expose une ca-
3 Dispositif exp´erimental LIL
Figure 2.25 – Sch´ema de la chaˆıne de cr´eation de l’impulsion laser de la LIL
Nom du tir Prepa 1 Prepa 2 ILP 1 ILP 2 ILP 3 ILP 4
Energie (J) 12853 12604 12061 11703 11385 10944
Chapitre 2. Description des exp´eriences : lasers et diagnostics
Figure 2.26 – a) Sch´ema du quadruplet de la LIL, des faisceau (en bleu) et des ouvertures par lesquelles passent les faisceaux (en bleu ciel). Les angles indiqu´es correspondent `a l’ouverture des faisceaux, les proportions sont respect´ees. b) Profils temporels des impulsions laser obtenus pendant l’exp´erience sur la LIL
ract´erisation exp´erimentale de la tache focale. 3.2.1 Le lissage par SSD
Les donn´ees relatives au lissage optique mentionn´ees ici sont extraites de la r´ef´erence [84]. Le faisceau laser de la LIL est liss´e par deux m´ethodes : (i) le lissage spatial de l’impulsion par RPP, (ii) le Lissage par Dispersion Spectrale Longitudinale (LDSL). Le lissage par RPP a d´ej`a ´et´e ´etudi´e dans la section 2.2. Sur ce laser, la lame de phase est constitu´ee par la juxtaposition de cellules carr´ees de 1 cm de cˆot´e. On d´eduit les param`etres de la tache focale induits par la RPP :
φ = 342, 5μm, L = 5, 5mm, ρ0 = 2, 71μm, l0 = 135μm
Le LDSL est utilis´e dans le but de cr´eer une tache focale qui, d’une part, est compos´ee d’un ensemble de taches focales de type RPP d´ecal´ees longitudinalement, et, d’autre part, a une r´epartition d’intensit´e qui change rapidement dans le temps. Le sch´ema du LDSL r´ealis´e sur la LIL est pr´esent´e sur la figure 2.27.
On va maintenant d´etailler la fonction de chacun des composants qui apparaissent dans ce sch´ema en r´ealisant les applications num´eriques pour le laser de la LIL :
3 Dispositif exp´erimental LIL
Figure 2.27 – Sch´ema du lissage optique r´ealis´e sur le laser de la LIL. On a indiqu´e l’´elargissement spectral de l’impulsion durant la propagation de l’impulsion laser dans la chaˆıne de cr´eation
Le pilote cr´ee l’impulsion laser `a 1,053 μm. La pulsation associ´ee est :
ωlaser = 1, 8× 1015s−1 .
Le modulateur Electro-Optique(E-O)
Le E-O module temporellement la phase du champ ´electrique associ´e au laser, on obtient alors :
φ(t) = ωt + msin(ωmt)
o`u ωm est la pulsation du modulateur qui se d´eduit de la fr´equence du modulateur fm par : ωm = 2πfm. En d´ecomposant la phase avec les fonctions de Bessel, on d´emontre que la pulsation du laser obtenue est alors un peigne de pulsations compos´e des pulsa- tions ω + nωm avec n < m. L’´elargissement du spectre peut donc s’´ecrire 2mωm. Pour le laser de la LIL, on a :
fm = 14, 25GHz, m = 5, ωm= 8, 9× 1010s−1, Δω = 8, 9× 1011s−1
Les cristaux de KDP
Chapitre 2. Description des exp´eriences : lasers et diagnostics
φ(t) = 3ωt + 3msin(ωmt)
La largeur du peigne est donc multipli´ee par 3. On peut alors en d´eduire l’´elargissement du spectre qui est donn´e par : Δλ = λ(Δω/ω). L’application num´erique donne :
Δω = 2, 67× 1012s−1, Δλ = 0, 17nm Le r´eseau focalisant `a 3ω
Le r´eseau focalisant a une double utilit´e : 1. il s´epare longitudinalement les fr´equences.
En effet, la distance focale du r´eseau varie avec la longueur d’onde, donc chaque fr´equence du peigne de fr´equences va cr´eer une figure de speckle qui sera s´epar´ee longitudinalement de la figure de speckle associ´ee `a une autre fr´equence. Pour le laser de la LIL, sachant que pour une diff´erence de longueur d’onde de 0,1 nm, la distance de focalisation va varier de 2,3 mm, on peut calculer le d´epointage maximum :
Δfmax = 3, 9mm
2. il d´ecale temporellement les rayons lumineux en fonction de leur incidence. Contrairement `a une lentille, avec une focalisation par r´eseau, les rayons lumineux issus du centre du r´eseau vont avoir une distance optique plus courte que les rayons issus des bords du r´eseau. Les peignes de fr´equence vont alors interf´erer avec des peignes de fr´equence d´ecal´es temporellement, le d´ecalage ´etant plus ou moins grand suivant l’incidence du rayon lumineux. La tache focale qui r´esulte de l’interf´erence de l’ensemble des peignes va donc ˆetre modifi´ee dans le temps. Il est `a noter que les mouvements de la tache focale vont ˆetre al´eatoires pendant la p´eriode de modulation Tm = 1/fm. Au del`a, les mouvements se r´ep`etent et le lissage ne progresse plus. Le retard temporel longitudinal (Tr) qui est d´efini comme le d´ecalage temporel maximum qui a lieu entre les rayons issus des bords du r´eseau et les rayons issus du centre du faisceau mesure, pour le laser de la LIL :
Tr = 86ps
L’´evolution temporelle de l’intensit´e d’un point chaud varie donc en fonction du temps. On d´efinit alors le temps de corr´elation (τc) comme la largeur `a mi-hauteur de l’´evolution temporelle de l’intensit´e du point chaud. Quand m est grand devant 0,56, le temps de corr´elation est alors donn´e par :
3 Dispositif exp´erimental LIL
τc = 0, 71 1 2mfm
(2.20) Pour le laser de la LIL, on obtient un temps de corr´elation de :
τc = 1, 7ps
3.2.2 Caract´erisation de la tache focale
Pendant l’exp´erience, la cible ´etait situ´ee `a 5,5 mm du centre chambre en direction du laser. Par cons´equent, les taches focales des quatre faisceaux laser ´etaient l´eg`erement s´epar´ees au niveau de la cible. La longueur de Rayleigh du quad est ´egale `a 1,3 cm. Or des simulations ont ´et´e r´ealis´ees qui ont montr´e que la distance `a partir de laquelle on peut consid´erer que les quatre faisceaux sont compl`etement s´epar´es (stade de la propagation o`u le d´ecalage du centro¨ıde de chaque faisceau d´epasse le rayon moyen d’un faisceau) est l´eg`erement sup´erieure `
a la longueur de Rayleigh du quad. Par cons´equent, au niveau de la cible les quatre faisceaux n’´etaient pas compl`etement s´epar´es. La tache focale va donc ˆetre compos´ee de speckle de taille importante (speckle cr´e´es par un seul faisceau) :
ρ0,grosspeckle = 6, 8μm, l0,grosspeckle = 486μm et de speckle de taille plus petite (speckle cr´e´es par le quad) :
ρ0,petitspeckle = 2, 7μm, l0,petitspeckle = 135μm
Par cons´equent, puisque de plus les faisceaux sont l´eg`erement s´epar´es, la r´epartition d’intensit´e dans la tache focale va pr´esenter des structures de longueur importante.
La forme de la tache focale a ´et´e caract´eris´ee exp´erimentalement par une mesure `a bas flux. Le r´esultat est pr´esent´e sur la figure 2.28 a). On peut voir que les quatre faisceaux sont relativement s´epar´es. La tache focale a aussi ´et´e caract´eris´ee pendant le tir r´ealis´e sur cible de cuivre seule avec la st´enop´e X-dur qui a mesur´e l’´emission du cuivre en face avant. Le r´esultat est pr´esent´e sur la figure 2.28 b). On mesure un diam`etre de la tache focale `a mi-hauteur en intensit´e de l’ordre de 900 μm. On d´eduit donc l’intensit´e moyenne du laser :
I0 = 3.8× 1014W/cm2