High finesse Fabry-Perot cavities study for high average power storage. Applications to the X-ray compact source ThomX
Etude de cavités Fabry-Perot de hautes finesses pour le stockage de fortes puissances moyennes. Application à la source compacte de rayons X ThomX
Résumé
This thesis is focused on the experimental development done on Fabry-Perot cavities for the ThomX project. A R&D work has been processed on two test cavities. It brought us to validate operation and performances of the oscillator, amplifier, feedback and ThomX cavity mirrors. We also led an in-depth study of thermal effects appearing with high average power. As a result, the opto-mechanical setup has been upgraded and an innovative system reducing the thermal effects impact on the stability of the experiment was implemented. These modifications have made it possible to store more than 200kW of stable intra-cavity average power. We also had the opportunity to carry out a damaged mirrors surface analysis. These studies are supported with a damaging dynamic bibliographic research. Finally, we demonstrate the possibility of locking a laser oscillator on a few tens of centimeters Fabry-Perot cavity.The R&D work provided necessary information to bring together a complete cleaning and checking methodology for the ThomX Fabry-Perot cavity mirrors. The studied problematic were adjusted to the ThomX cavity and permitted to achieve its locking. An average power of 100kW has been stored in this cavity and we have designed and built all the necessary components needed to make this power larger and more stable. Suggested improvements are given in order to continue this project.
Cette thèse se concentre sur le développement expérimental effectué sur les cavités Fabry-Perot pour le projet ThomX. Un travail de R&D a été effectué sur deux cavités test. Celui-ci a permis de valider le fonctionnement et les performances de l’oscillateur, de l’amplificateur, de l’asservissement et des miroirs de la cavité Fabry-Perot prévus pour ThomX. Nous avons également pu mener une étude approfondie des effets thermiques apparaissant avec le stockage de forte puissance moyenne. Suite à cela, le montage opto-mécanique a été amélioré et un système innovant permettant de limiter l’impact des effets thermiques sur la stabilité de l’expérience a été mis en place. Ces modifications ont permis le stockage de plus de 200 kW de puissance moyenne intra-cavité stable. Nous avons aussi eu l’opportunité d’effectuer l’analyse de la surface de miroirs endommagés. Ces études sont accompagnées d’une recherche bibliographique de la dynamique d’endommagement associée à la longueur des impulsions. Finalement, nous démontrons la possibilité d’asservir un oscillateur laser sur une cavité Fabry-Perot de quelques dizaines de centimètres.Le travail de R&D a permis de récolter les informations nécessaires à la mise en place d’une méthodologie complète de nettoyage et de vérification de l’état des miroirs pour la cavité Fabry-Perot de ThomX. Les différentes problématiques étudiées ont pu être adaptées à la cavité de ThomX et cela a permis la réussite de son asservissement. Une puissance moyenne de plus de 100kW a pu être stockée dans cette cavité. Les composants permettant d’augmenter cette puissance de manière stable ont été conçus et fabriqués. Les pistes d’amélioration du montage sont données pour que le projet puisse continuer.
Origine : Version validée par le jury (STAR)