Etude du lasage transverse dans les cristaux de Ti : Sa de grandes dimensions. Application à la réalisation de l'amplificateur petawatt haute énergie du laser pilote de la station LASERIX
Résumé
This manuscript presents experimental and theoretical works accomplished for the development of the LASERIX laser driver. The main goal of this thesis work was to design a high energy and high repetition rate titanium doped sapphire amplifier (Ti:Sa) allowing to reach an energy of 40J at a repetition rate of 0.1Hz before compression.
After a general description of amplification in chirped pulse amplification Ti:Sa laser systems (Chapter 1), I present the two particular developments we made during this work for high energy amplification (Chapter 2) :
- The spatial shaping and the homogenization based on microlens array (MLA) systems of the eight Nd-Glass pump lasers dedicated to the pumping of the last booster amplifier.
- The suppression of parasitic effects due to transverse amplification of the fluorescence in the last booster amplifier Ti:Sa crystal.
The developments performed as part of this thesis allowed to amplify an impulsion of 2J of energy up 39J in a crystal of 10cm diameter.
I also present the simulation program I developed (Chapter 3) in order to modelize the three dimensional parasitic lasing effect and fluorescence transverse amplification phenomena in large Ti:Sa crystals. A parametric study of these parasitic effects is also presented.
Finally, the last part of this manuscript (Chapter 4) gives prospects of this work as part of the large future ELI and ILE projects.
After a general description of amplification in chirped pulse amplification Ti:Sa laser systems (Chapter 1), I present the two particular developments we made during this work for high energy amplification (Chapter 2) :
- The spatial shaping and the homogenization based on microlens array (MLA) systems of the eight Nd-Glass pump lasers dedicated to the pumping of the last booster amplifier.
- The suppression of parasitic effects due to transverse amplification of the fluorescence in the last booster amplifier Ti:Sa crystal.
The developments performed as part of this thesis allowed to amplify an impulsion of 2J of energy up 39J in a crystal of 10cm diameter.
I also present the simulation program I developed (Chapter 3) in order to modelize the three dimensional parasitic lasing effect and fluorescence transverse amplification phenomena in large Ti:Sa crystals. A parametric study of these parasitic effects is also presented.
Finally, the last part of this manuscript (Chapter 4) gives prospects of this work as part of the large future ELI and ILE projects.
Ce manuscrit présente les travaux théoriques et expérimentaux réalisés dans le cadre de la construction du laser pilote de la station LASERIX. L'objectif en début de thèse était de concevoir un amplificateur de type "saphir dopé titane" (Ti:Sa) haute énergie et haute cadence permettant d'obtenir une énergie de 40 joules à la cadence de 0.1Hz avant compression des impulsions.
Après une introduction générale sur l'amplification dans les chaines laser Ti:sa à amplification à dérive de fréquence (chapitre 1), je présente les deux développements particuliers réalisés durant ce travail pour l'amplification à haute énergie (chapitre 2 :
- la mise en forme spatiale et l'homogénéisation à l'aide de systèmes à microlentilles des huit faisceaux des lasers de pompe Nd-Verre utilisés pour le pompage du dernier étage d'amplification
- La suppression des phénomènes parasites d'amplification transverse de la fluorescence dans le cristal amplificateur du dernier étage d'amplification. Deux techniques différentes sont présentées.
Ces développements ont permis d'amplifier, dans un cristal de 10cm de diamètre, une impulsion de 2J jusqu'à une énergie de 39J.
Je présente ensuite le programme de simulation que j'ai réalisé (Chapitre 3) pour modéliser en trois dimensions les phénomènes de lasage parasite transverse et de fluorescence transverse amplifiée dans les cristaux de Ti:Sa de grandes dimensions. Ce code m'a permis d'étudier les principaux paramètres influant ces phénomènes parasites.
Finalement, la dernière partie (Chapitre 4) présente les perspectives de mon travail dans le cadre des futurs grands projets lasers ILE et ELI.
Après une introduction générale sur l'amplification dans les chaines laser Ti:sa à amplification à dérive de fréquence (chapitre 1), je présente les deux développements particuliers réalisés durant ce travail pour l'amplification à haute énergie (chapitre 2 :
- la mise en forme spatiale et l'homogénéisation à l'aide de systèmes à microlentilles des huit faisceaux des lasers de pompe Nd-Verre utilisés pour le pompage du dernier étage d'amplification
- La suppression des phénomènes parasites d'amplification transverse de la fluorescence dans le cristal amplificateur du dernier étage d'amplification. Deux techniques différentes sont présentées.
Ces développements ont permis d'amplifier, dans un cristal de 10cm de diamètre, une impulsion de 2J jusqu'à une énergie de 39J.
Je présente ensuite le programme de simulation que j'ai réalisé (Chapitre 3) pour modéliser en trois dimensions les phénomènes de lasage parasite transverse et de fluorescence transverse amplifiée dans les cristaux de Ti:Sa de grandes dimensions. Ce code m'a permis d'étudier les principaux paramètres influant ces phénomènes parasites.
Finalement, la dernière partie (Chapitre 4) présente les perspectives de mon travail dans le cadre des futurs grands projets lasers ILE et ELI.
Domaines
Physique Atomique [physics.atom-ph]
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