TRAVAILLER SUR ALISE :

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1 ALISE : UN LASER DE PUISSANCE Alisé (Activité Laser ImpulSionnel pour les Etudes) est un laser de puissance d énergie 100 à 200 Joules. Véritable outil de laboratoire évolutif, Alisé conserve ses caractéristiques de souplesse et d adaptation lors des campagnes d expériences. Son faisceau sert aux études de physique du laser et aux expériences d interaction laser matière : internes CEA et Ouverture de l installation à la communauté scientifique européenne. L installation s inscrit en soutien des projets LIL et LMJ et dans le cadre de la formation professionnelle. TRAVAILLER SUR ALISE : L installation Alisé a été conçue pour répondre au mieux aux besoins des expérimentateurs. La zone «ouverte» Alisé, à l intérieur du CEA/CESTA, permet un accès simplifié à l installation avec un minimum de contraintes. Les expérimentateurs disposent sur place, de bureaux et moyens informatiques (calcul, impression, sauvegarde) reliés au réseau informatique Alisé et à Internet. Pour les expériences ne nécessitant pas l utilisation du faisceau principal du laser de puissance, deux salles permettent de travailler en autonome. La première salle «pilote études» accueille et teste de nouveaux concepts et technologies pour la maîtrise des paramètres physiques du faisceau laser. C est le lieu d expérimentation privilégié des thésards et post-doctorants. La seconde salle «E4», dispose de sa propre entrée, accueille d autres thématiques de recherche en physique du laser.

2 DESCRIPTION DE L INSTALLATION : L installation Alisé est composée de plusieurs salles, dédiées au laser, à l étude ou aux servitudes de l installation.

3 LA SALLE PILOTE FONCTIONNEL : C est dans cette salle que le faisceau initial est généré, avant d être dirigé dans le hall d amplification. L installation dispose de trois sources laser différentes suivant le besoin des expérimentateurs. La source type LIL/LMJ, la source CADDO (CAvity Dumping Dove Oscillator) et la source femtoseconde à dérive de fréquence. La source type LIL/LMJ utilise les éléments développés pour le projet LMJ (source fibrée et module préamplificateur) avec contrôle du profil temporel et des caractéristiques spectrales (modulateurs de phases). Micro laser Modulation de phase 2 GHz Modulation de phase 14,25 GHz Mise en forme temporelle Amplificateur régénératif Longueur d onde Largeur spectrale mi-hauteur Largeur d impulsion à mi-hauteur Fréquence Energie 1053 nm 0,1 nm à 2 GHz et 1 nm à 14,25 GHz 0,5 ns à 10 ns 1 Hz 1 à 5 mj

4 La source CADDO, dite multi mode spectrale et spatiale, est disponible pour les études de lissage optique par fibre optique. Oscillateur Sélection spectrale Fibre optique à gradient d indice Mise en forme spatiale Amplificateur régénératif Mise en forme temporelle Longueur d onde Largeur spectrale mi-hauteur Largeur d impulsion à mi-hauteur Fréquence Energie 1053 nm 0,15 nm à 1,2 nm 1 ns à 10 ns 1 Hz 1 à 5 mj Enfin, l oscillateur femtoseconde, qui permet de générer des impulsions à dérive de fréquence pour l amplification d impulsions ultracourtes. Oscillateur femtoseconde 100 fs Etireur 100 fs à 1,2 ns Amplificateur régénératif Amplificateur barreau Phi 16 Longueur d onde Largeur spectrale mi-hauteur Largeur d impulsion à mi-hauteur Fréquence 1053 nm 7 nm 1,2 ns 10 Hz en sortie de l amplificateur régénératif Energie 1 à 5 mj toutes les 5 minutes (Ampli Phi 16) LE HALL D AMPLIFICATION LASER :

5 La chaîne amplificatrice du laser Alisé permet de faire passer l énergie du faisceau de quelques mj à plus de 200 Joules avec un faisceau en sortie de 90 mm de diamètre. Pour chaque tir, des mesures d énergie ont lieu tout au long de la chaîne d amplification, ainsi que des mesures de la forme temporelle, du profil spatial, du spectre et de la surface d onde. L architecture de la chaîne amplificatrice du laser Alisé est la suivante : Trois amplificateurs à barreau de diamètre 50mm ; Deux amplificateurs à disques de diamètre 94mm ; Un amplificateur à disques de diamètre 150 mm ; Cinq filtrages spatiaux (FS) permettant de filtrer le faisceau et d adapter son diamètre pour les différents amplificateurs. Ces filtrages servent également à réaliser l imagerie de la chaîne ; Des systèmes anti-retour : Cellule de Pockels (CP) et Rotateur de Faraday (RF). Entrée de chaîne 3 amplis 50 mm 3 CP 50 mm RF 150 mm 1 ampli 150 mm 2 amplis 94 mm RF 94 mm Sortie de chaîne La variation du diamètre du faisceau, durant le parcours de la chaîne amplificatrice, peut être illustrée par la figure ci-dessous pour un trou apodiseur de diamètre 25 mm en entrée :

6 Taille du faisceau dans la chaîne laser 37 mm 37 mm 90 mm 125 mm 90 mm 1000,0 2000,0 3000,0 4000,0 5000,0 6000,0 FS01 FS02 FS03 Longueur (cm) FS04 FS05 En sortie de chaîne, le faisceau a un diamètre de 70 à 90 mm, en fonction de la dimension de l apodiseur en entrée. La puissance maximum peut atteindre 200 J pour la source type LIL/LMJ et 100 J pour les autres sources. La fréquence de tir est de 1 tir par heure. Pour des tailles de faisceaux de diamètre 30 à 37 mm et des énergies de 3 à 5 J, la fréquence de tir passe à 1 tir tout les quarts d heure. L installation possède aussi des lasers d alignement continus indépendants de la chaîne, en complément de l utilisation des 3 sources Alisé pulsées non amplifiées. EMPLACEMENT DES SENSEURS SUR LA CHAINE AMPLIFICATRICE ALISE S3 fluo bras 2 FS 3 ampli 50 S1 FS 2 2 ampli. 94 J2 FS 5 2 ampli. 50 ampli. 150 S2 FS 4 HASO fluo bras 1 pic laser FS 1 J1 Les trois senseurs de la chaîne amplificatrice (S1, S2 et S3) sont implantés en fin de chaque bras d amplification, sur une fuite du faisceau principal. Des points de mesures complémentaires suivent l énergie (J1 J2) et la synchronisation (Impulsion laser, et courbe de fluorescence des amplificateurs). Après amplification, le faisceau peut alors être dirigé soit vers la salle d expériences soit vers la Salle Haut Flux. LA SALLE D EXPERIENCES ALISE En salle d expériences, un système de compression d impulsions à dérive de fréquence permet d obtenir des impulsions ultracourtes de

7 l ordre de 500 femtosecondes. La focalisation par une parabole hors axe permet des expériences d interaction laser matière dans la chambre d expérience sous vide sur une tache de moins d une dizaine de micron de diamètre avec une puissance de 50 TW. Calo2 M6 Étage de compression et de diagnostic - faisceau sonde - M7 CONFIGURATION FEMTOSECONDE : M5 Ms2 R3 D2 Mf2 M4 R4 L2 f=200 mm filtrage spatial L1 f=1150 mm M1 Étage de répartition Mf1 f=400 mm L3 Calo1 D1 R1 R2 Me1 Ms1 Autocorrélateur faisceau sonde Étage de compression sous vide La configuration femtoseconde permet de décomposer le faisceau principal en 3 faisceaux : un premier non comprimé réalise l ionisation, un deuxième (faisceau d interaction laser plasma) passe dans le caisson de compression (possibilité de le doubler en fréquence) ; un troisième, comprimé aussi, sert de faisceau sonde, doublé ou triplé en fréquence. L implantation des faisceaux pour les schémas d irradiation et de diagnostics peut être modifiée selon la demande des expérimentateurs. La chambre d expériences est équipée d un porte cible motorisé sous vide. L4, f=1000 mm L5, f=-400 mm M3 M2 Autocorrélateur faisceau interaction ligne à retard Étage de diagnostic - faisceau interaction - ON NANOSECONDE. : CONFIGURATI

8 KDP Multiplication d impulsions Imagerie en transmission Caméra CCD Étage de répartition Chambre d expériences RPP ligne à retard Caméra à balayage de fentes La configuration nanoseconde permet d avoir un faisceau principal à 1053 nm, et un faisceau sonde. Le faisceau sonde obtenu par prélèvement est doublé en fréquence grâce à un cristal de KDP à 526,5 nm (ou triplé en fréquence à 351 nm). Le schéma présente un exemple de configuration nanoseconde avec un diagnostic d ombroscopie résolue en temps comprenant deux caméras à balayage de fente. LA SALLE HAUT FLUX Dans la salle Haut Flux, trois bancs optiques permettent de mener

9 en parallèle des expériences nécessitant des faisceaux à forte fluence : Etude de l endommagement laser dans l infrarouge mais aussi, après triplement de fréquence, dans l ultraviolet ; Etude de physique du laser : conversion de fréquence, amplification OPCPA, Caractérisation du lissage optique et de la focalisation du faisceau. Chaque banc de la salle haut flux peut recevoir le faisceau principal, ou travailler en autonome. Le banc numéro 3 dispose en plus d une ouverture vers la salle pilote études pour un couplage avec d autres sources laser. Tableau récapitulatif des caractéristiques laser Alisé Faisceau principal 90 mm Faisceau sonde 20 mm Configuration Durée Energie Focalisation Configuration nano Configuration femto Configuration nano Configuration femto 0,5 à 10 ns 600 ps non recomprimé 600 fs comprimé 1 à 10 ns 500 ps non recomprimé 500 fs comprimé 150 J (ω) Possibilité 2ω et 3ω 80 J 30 J < 3 J à ω, 2ω, 3ω Selon besoin expérimentateurs. Exemple faisceau lissé par RPP Φ µm Parabole hors axe Φ 10 µm Selon besoin expérimentateurs. Faisceau colimaté pour ombroscopie 1 à 5 J 5 à 50 J 50 à 150 J Cadence de tir 15 min 30 min 60 min