Tests de fonctionnement, optimisation et ca-

ract´erisation de l’impulsion

Afin de d´eterminer la configuration de fonctionnement optimal, nous avons caract´eris´e l’impulsion en sortie du DMP grˆace `a deux mesures compl´ementaires li´ees aux principales caract´eristiques requises d’un tel dispositif : une am´elioration importante du contraste et une limitation des pertes en ´energie. Un contraste de 1010 _{´etant attendu, nous avons mesur´e}

le profil temporel de l’impulsion grˆace `a un auto-corr´elateur du troisi`eme ordre ayant une dynamique de 1012 _{et une r´esolution temporelle de 120}

fs. Un calorim`etre plac´e en fin de chaˆıne nous a permis de mesurer la r´eflectivit´e totale (int´egr´ee en temps et en espace) de l’ensemble du montage (comprenant miroirs plasmas, paraboles hors-axes et miroirs).

P1

_P2

_P3

Fig. _{1.7 – Repr´esentation sch´ematique des trois positions de la tache focale} entre les deux miroirs plasmas (MP1 et MP2) ´etudi´ees.

La fluence sur les di´electriques ´etant le param`etre `a ajuster, nous avons effectu´e nos mesures en d´epla¸cant les lames le long de l’axe de focalisation des paraboles dans trois positions diff´erentes autour du foyer. La distance entre les deux di´electriques ´etant de 4 cm sur le montage con¸cu pour le laser UHI10, nous avons ´etudi´e les trois positions suivantes : `a 1 cm du premier

1.2 Le Double Miroir Plasma 21 miroir plasma (position P1), `a mi-chemin (position P2), `a 1 cm du deuxi`eme miroir plasma (position P3) (voir figure 1.7).

Les profils temporels correspondant `a ces trois positions sont report´es sur la figure 1.8 et compar´es aux r´esultats sans et avec un simple miroir plasma (MP) [45]. L’ensemble de ces mesures a ´et´e effectu´e en monocoup. Chaque point de la courbe correspond `a une moyenne sur trois tirs `a l’exception de la courbe P1 pour laquelle chaque mesure est repr´esent´ee afin de rendre compte des fluctuations. Les r´eflectivit´es correspondantes sont report´ees dans le tableau 1.1. -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 1E-12 1E-10 1E-8 1E-6 1E-4 0.01 1 -4 -2 0 2 4 1E-14 1E-11 1E-8 1E-5 0.01 10 Sans DMP Simple MP P2 P3 I n t e n s i t é n o r m a l i s é e Temps (ps) P1

Fig. _{1.8 – Mesures exp´erimentales du contraste de l’impulsion du laser} UHI10 : sans DMP, avec un simple MP et dans les configurations P2 et P3 du DMP. Le contraste dans la configuration P1 est repr´esent´e dans l’encadr´e sur une ´echelle temporelle r´eduite (−4 `a 4 ps) afin de mettre en ´evidence les fluctuations importantes dont elle est affect´ee.

D’apr`es la figure 1.8, le contraste est augment´e de quatre ordres de grandeur quelle que soit la configuration choisie, mais la r´eflectivit´e est

Simple MP Position P1 Position P2 Position P3 70% _{39.04 ± 1% 49.35 ± 2% 39.53 ± 3%}

Tab._{1.1 – Mesures exp´erimentales de la r´eflectivit´e totale (int´egr´ee en temps} et en espace).

optimale pour la position P2. L’intensit´e du signal pour la position P1 est de surcroˆıt affect´ee par d’importantes fluctuations.

Afin d’interpr´eter l’ensemble de ces r´esultats et de les comparer aux pr´edictions th´eoriques de la figure 1.5, nous avons calcul´e les fluences aux- quelles est soumis chaque miroir plasma pour ces trois configurations. Sachant que l’´energie contenue dans l’impulsion en sortie de compresseur est de 650 mJ et en calculant la taille de la tache focale sur le premier miroir plasma, on peut remonter `a la fluence `a laquelle celui-ci est soumis. En se reportant `a la figure 1.5, on en d´eduit la r´eflectivit´e du premier miroir et par un rai- sonnement comparable nous pouvons calculer la fluence sur le second miroir plasma. Les r´esultats sont report´es dans le tableau 1.2.

Position P1 Position P2 Position P3 1er _{MP 219 J/cm}2 _{55 J/cm}2 _{24 J/cm}2

2`eme _{MP 17 J/cm}2 _{38 J/cm}2 _{153 J/cm}2

Tab. _{1.2 – Fluences estim´ees sur chaque miroir plasma en supposant une} r´eflectivit´e de 70%.

Comme indiqu´e sur la carte 1.5, pour une dur´ee d’impulsion de 65 fs, une fluence inf´erieure `a 20 J/cm2 _{constitue la limite de d´eclenchement du}

miroir plasma. Les fluences particuli`erement faibles pour les positions P1 et P3 sont donc `a l’origine de la chute de r´eflectivit´e mesur´ee pour ces deux modes de fonctionnement. En revanche, les fluences dans la configuration P2 sur les deux miroirs plasmas se situent au sein de la zone hachur´ee donnant lieu `a une r´eflectivit´e de 70% sur chaque di´electrique. L’accord entre les mesures exp´erimentales et le mod`ele th´eorique est donc remarquable. Cependant une dissym´etrie est observ´ee entre les positions P1 et P3, les importantes fluctuations de signal ayant ´et´e enregistr´ees uniquement dans le cas P1. En effet, dans cette configuration, le premier miroir plasma est soumis `a une fluence particuli`erement ´elev´ee. De ce fait, il est possible que le miroir plasma MP1 soit d´eclench´e par les ailes de l’impulsion (´echelle picoseconde) voire par le pi´edestal. Dans ce cas, la d´eformation de la surface

1.2 Le Double Miroir Plasma 23 est susceptible d’induire des distorsions de la tache focale et donc d’alt´erer le fonctionnement du second miroir plasma MP2.

Par ailleurs, ayant observ´e une d´egradation de l’´etat de surface des miroirs plasmas, nous avons mis en place, entre les deux lames di´electriques, une plaque prot´egeant chacun d’eux de la pollution due aux nombreux d´ebris produits lors de l’interaction. De plus, chaque impact sur les miroirs ´etait s´epar´e du pr´ec´edent d’une distance suffisante (∼ mm) pour b´en´eficier d’un ´etat de surface initialement non perturb´ee.

Enfin, notons que l’intensit´e du pi´edestal apr`es le pic principal chute aussi d’un facteur 104_{. En effet, le plasma g´en´er´e dans le front de mont´ee de}

l’impulsion principale s’expand d’autant plus rapidement que l’intensit´e laser est importante. Une expansion sph´erique est donc attendue et la courbure de la surface devient non n´egligeable pour des d´elais de l’ordre de quelques picosecondes. Comme ´evoqu´e dans [45], cette augmentation du contraste pour des d´elais positifs serait donc due `a une r´eflexion de l’impulsion de moins en moins directionnelle.

D’apr`es cette analyse, le mode de fonctionnement optimal est obtenu en focalisant l’impulsion `a mi-chemin entre les deux di´electriques. Les mesures effectu´ees avec un simple miroir plasma conduisent `a une am´elioration du contraste de deux ordres de grandeur et une r´eflectivit´e associ´ee de 70% [45]. Un contraste de 1010 _{et une r´eflectivit´e de 49% sont donc les valeurs}

maximales que l’on pouvait obtenir avec un tel dispositif. Le fonctionnement du DMP ayant ainsi ´et´e optimis´e, nous avons proc´ed´e `a une caract´erisation de la tache focale afin de v´erifier que ses propri´et´es optiques n’´etaient pas alt´er´ees par le dispositif.

Nous avons donc focalis´e l’impulsion au sein de l’enceinte exp´erimentale grˆace `a une parabole hors-axe de focale 300 mm et `a l’aide d’un syst`eme de reprise d’image et une cam´era CCD coupl´ee `a un objectif de microscope nous avons compar´e les images de la tache focale sans et avec DMP. Leurs profils repr´esent´es sur la figure 1.9 rendent compte de la conservation du profil spatial de l’impulsion `a la travers´ee de l’ensemble du dispositif.

De plus grˆace `a une mesure d’´energie en sortie de compresseur (E = 650 mJ) et tenant compte de la r´eflectivit´e du DMP, l’´eclairement atteint est de 6 × 1018 W/cm2 dans ces conditions exp´erimentales et une tache focale de largeur `a mi-hauteur (FWHM) de 8 µm. On estime `a 75% l’´energie contenue dans la tache focale `a 1/e avec un rapport de Strehl d’environ 70%. L’en-

80 90 100 110 120 50 60 70 80 90 x in µm y i n µ m 0 1E18 2E18 3E18 4E18 5E18 6E18 I n t e n s i t é ( W / c m 2 ) -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Sans DMP Avec DMP I n t e n s i t é n o r m a l i s é e x (µm)

Fig. _{1.9 – Caract´erisation de l’impulsion focalis´ee avec une parabole hors-} axe (f =300 mm) en sortie de DMP : Comparaison des profils sans et avec DMP (`a gauche) et image de la tache focale avec DMP (`a droite) (il s’agit sur cette figure d’une coupe transversale).

semble de ces r´esultats a fait l’objet d’un article paru dans Optics Letters [47]. Pour m´emoire, nous reportons sur le tableau 1.3 les caract´eristiques prin- cipales de l’impulsion avec et sans miroir plasma (configurations d´esign´ees par la suite comme UHC ”ultra-haut contraste” et BC ”bas contraste”) afin d’avoir une vue d’ensemble des conditions exp´erimentales dans lesquelles nous avons travaill´e.

λ0 (µm) τ0 (fs) E0 (mJ) C

BC 0.79 65 650 106

UHC 0.79 65 325 1010

Tab. _{1.3 – Caract´eristiques g´en´erales de l’impulsion avec et sans miroir} plasma (longueur d’onde λ0, dur´ee τ0, ´energie dans l’impulsion E0, contraste

temporel C.