5.3 Etude expérimentale
5.3.1 Validation du dispositif avec le Molybdène Nickeloïde
5.3.1.1 Etude en délai tP lasma et en durée tpompe
Nous avons commencé par optimiser le délai entre le début de l’impulsion plasma et le pic de l’impulsion de pompe, noté tplasma. Les premiers essais montrent que le délai tP lasma optimal se situe vers 8 ns. La durée du Nd :YAG ne pouvant être mo-difiée, l’influence de la durée d’impulsion de pompe sur les caractéristiques du laser X-UV est étudiée à partir de ce délai tP lasma . La figure 5.3.1 présente l’influence de la durée de pompe tpompe sur trois caractéristiques de l’émission X-UV mesurées en champ proche à partir de l’imageur X-UV : l’énergie EXU V, les dimensions hori-zontales et verticales de la source (Lx,Ly) et la distance à la cible de la source Dx. Chaque point représente la moyenne obtenue sur une dizaine de tirs effectués sur un même emplacement de surface.
On observe que l’énergie de la source X-UV augmente avec la durée d’impulsion de pompe jusqu’à un optimum situé autour de 10-12 ps puis chute pour des valeurs plus élevées. Notons que l’optimum est obtenu avec une impulsion de pompe plus longue que dans les autres configurations étudiées dans ce manuscrit. Cette tendance sera étudiée plus en détail dans la suite du chapitre (§. 5.3.2.3). La largeur et la distance suivent une augmentation quasi linéaire avec la durée d’impulsion de pompe tandis que la hauteur reste relativement stable.
5.3 Etude expérimentale
Figure 5.3.1 – Mesures des caractéristiques du faisceau X-UV - Energie EXU V, largeur Lx, hauteur Ly et distance Dx - obtenues en fonction de la durée de l’impulsion de pompe tpompe pour un délai tP lasma fixé à 8 ns.
5.3.1.2 Comparaison avec le schéma DGRIP
Pour valider le schéma QAGRIP, une première comparaison est faite avec le nou-veau dispositif DGRIP présenté au chapitre 4 en sect. 4.1, sans pré-impulsion courte. Dans le cas du QAGRIP, on obtient une énergie deux fois plus importante qu’en DGRIP avec seulement 15 % d’énergie laser en plus sur la cible. En effet, rappelons que le QAGRIP bénéficie de l’apport du laser externe (EN d:Y AG2Ê = 140 mJ), alors qu’une fraction de l’énergie du laser pilote (définie par RP lasma ) en DGRIP est dédiée à la création du plasma.
La comparaison des caractéristiques de la source X-UV (cf. tableau 5.1) montre que le gain en énergie X-UV mesuré n’est pas dû à une émission plus intense mais à une augmentation de la taille de la source. On remarque en effet que la pupille X-UV s’étend sur une surface qui est doublée par rapport au cas DGRIP, avec en particulier une augmentation se faisant majoritairement suivant l’axe perpendiculaire à la cible. On note également que la distance de la source par rapport à la surface de la cible est deux fois plus élevée en QAGRIP.
Interprétation
La différence entre les deux schémas réside fondamentalement dans la façon de créer le plasma et notamment la durée de l’impulsion plasma, vingt fois plus longue que l’impulsion plasma du laser Ti :Sa. En schéma DGRIP, l’impulsion plasma est plus intense, donc les gradients de densités sont plus élevés ce qui engendre une
Chapitre 5 Dispositif QAGRIP : création du plasma avec une impulsion longue de faible intensité
DGRIP QAGRIP Evolution (DGRIPæQAGRIP)
Etot (J) 0.3 + 1 0.13 + 1.3 +15% tP lasma (ns) 0.3 8 ◊30 tpompe 2.5 10 ◊4 EXU V (U.A) 5 8.8 +75 % Lx (µm) 11.8 18.8 + 55 % Ly (µm) 32.9 42.3 + 30 % FXU V (U.A) 5.3 4.7 -11 % Dx (µm) 24 48 + 100 %
Table 5.1 – Tableau comparatif DGRIP/QAGRIP des caractéristiques du laser de pompe (énergie sur cible + paramètres temporels) ainsi que du laser X-UV (respectivement : énergie, dimensions horizontales et verticales, fluence et position de la source) obtenues pour chaque configuration optimale.
réfraction plus violente du faisceau X-UV. De plus, la dynamique du plasma est plus rapide ce qui provoque une détente plus forte. Il faut donc injecter l’impulsion de pompe à des délais tP lasma plus courts, ce qui aboutit à une zone de gain plus confinée.
A l’inverse, l’intensité plus faible de l’impulsion plasma du schéma QAGRIP en-gendre une détente du plasma plus lente et des profils de densités électroniques plus doux, aboutissant à des délais tP lasma plus long et une zone de gain plus large. La densité GRIP, pour laquelle l’impulsion de pompe est absorbée (≥ 2 ◊ 1020cm≠3) est aussi plus éloignée de la surface de la cible. La zone d’émission est ainsi plus éloignée de la cible.
Observation d’une double structure de source X-UV
Au cours de cette optimisation, d’importantes variations sur la forme de la source ont été observées, notamment en étudiant l’effet de la variation de la durée d’impul-sion de pompe. Comme cela a pu être discuté dans le précédent chapitre (sect. 4.2.1.1), l’apparition de deux zones d’émission suivant la direction verticale peut être expli-quée par un phénomène de sur-ionisation au niveau du maximum d’intensité de la ligne focale, probablement lié aux caractéristiques de l’impulsion de pompe.
On se propose de vérifier ce comportement en faisant d’abord varier la durée de l’impulsion de pompe, puis son énergie à durée fixe. La figure 5.3.2a présente une série d’images en champ proche de la source X-UV obtenue en un tir pour différentes durées tpompe à énergie constante. Pour tpompe = 4 ps, on observe une source unique, qui se divise en deux pour une durée d’impulsion comprise entre 6 et 14 ps, puis la source redevient unique, mais plus éloignée de la cible à partir de 14 ps.
La figure 5.3.2b montre des images enregistrées avec différentes énergies de pompe pour une durée d’impulsion de pompe de 10 ps. On peut observer que la diminution de l’énergie de pompe permet de retrouver une seule zone de gain circulaire.
principale-5.3 Etude expérimentale
(a) Série en durée d’impulsion
(b) Série en énergie de pompe
Figure 5.3.2 – Série d’images de la source laser X-UV en champ proche mesurées avec le schéma QAGRIP sur le Molybdène. Ces images montrent l’apparition d’une double structure d’émission laser X-UV pour une large gamme de durée de pompe (4-18 ps) (a). Une série en énergie de pompe infrarouge est illustrée pour t = 10 ps qui correspond au maximum d’énergie X-UV obtenue (b). L’échelle d’énergie est normalisée pour chaque champ proche afin de mettre en évidence le phénomène.
ment dû aux caractéristiques de l’impulsion de pompe et que l’ionisation du plasma liée à l’impulsion de pompe tient un rôle prépondérant. Cet aspect sera abordé dans la section suivante dans laquelle nous allons étudier les spécificités de ce nouveau mode de fonctionnement.