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La chaîne laser

Les 22 chaînes laser du LMJ sont implantées de part et d’autre de la chambre d’expériences, dans les 4 halls laser.

Huit faisceaux lasers quasiment identiques sont regroupés pour constituer une chaîne laser.

Une chaîne laser se compose de trois éléments :

  • Le pilote
  • La section amplificatrice
  • La fin de chaîne

Une chaîne laser. Crédit CEA

Chaîne laser. © CEA

 

Le pilote

Le pilote délivre l’impulsion lumineuse initiale, qui sera amplifiée dans la chaîne. Il a pour rôle de générer le faisceau initial, de lui donner sa forme temporelle et spatiale ainsi que sa fréquence (la couleur de la lumière). Les faisceaux laser sont généralement de forme circulaire. Mais pour le LMJ, la forme carrée a été retenue pour optimiser la compacité des structures.

Le faisceau, en sortie du pilote, à déjà son profil temporel (typiquement quelques milliardièmes de seconde), présente son profil spatial dans une section carrée de l’ordre de 40 mm x 40 mm, et a une énergie totale  de l’ordre du joule. 

Le pilote de l’installation LMJ comprend :

  • 4 sources (une par hall), dispositifs opto-électroniques qui délivrent des photons (quelques milliardièmes de joule).
  • 88 modules préamplificateurs (MPA), soit 1 module pour 2 faisceaux, qui augmentent l’énergie du faisceau de quelques milliardièmes de joule à 1 joule.

La section amplificatrice

L’impulsion initiale sortie du pilote est fortement amplifiée dans le LMJ (de l’ordre de 20 000), afin d’obtenir l’énergie nécessaire aux expériences. C’est le rôle de la section amplificatrice, également appelée chaîne amplificatrice.
Le LMJ est dimensionné pour accueillir 240 faisceaux groupés en 30 chaînes de 8 faisceaux. Ils prennent place dans les 4 halls laser disposés de part et d’autre de la chambre d’expériences.

Afin d’acquérir son énergie, chaque faisceau parcourt quatre fois la section amplificatrice. Ce principe a pour avantage d’extraire le maximum d’énergie des amplificateurs et de réduire sensiblement les dimensions des halls laser.

Schématiquement les blocs amplificateurs sont composés de :
  • Plaques de verre laser dopées au néodyme. Le néodyme est l’élément qui donne au verre sa couleur rose.
  • Montage des plaques amplificatrices dopées au néodyme. Crédit CEA
    Montage des plaques amplificatrices dopées au néodyme. © CEA
  • Lampes flashs au xénon qui apportent l’énergie lumineuse. Leur rôle est de convertir l’énergie électrique délivrée par des condensateurs en rayonnement destiné au pompage optique des verres lasers.

Le faisceau, en sortie de la section amplificatrice, a  une section carrée de l’ordre de 400 mm x 400 mm pour une énergie totale de l’ordre de 15 000 joules. 


 

La fin de chaîne

Les faisceaux, après amplification, sont transportés vers la chambre d’expériences. Chaque faisceau est orienté par un jeu de 6 miroirs successifs qui permettent de passer d’une configuration où les faisceaux sont parallèles dans les halls laser à une configuration où ils sont distribués tout autour de la chambre d’expériences.

Avant de pénétrer dans la chambre d’expériences, chaque faisceau traverse un Système de conversion de fréquence et de focalisation (SCF).

Dans le SCF :

1/ La fréquence de la lumière de chaque faisceau passe de l’infrarouge (fréquence à laquelle on peut le mieux amplifier le faisceau) à l’ultraviolet (fréquence qui permet la meilleure interaction de la lumière avec la cible d’expériences).


2/ Chaque faisceau est focalisé pour passer d’une section de 400 mm x 400 mm à un diamètre de l’ordre de quelques dixièmes de mm.

Crédit CEA
© CEA
Le KDP, un monocristal hors du commun utilisé pour la conversion de fréquence. Crédit CEA
Le KDP, un monocristal hors du commun pour la conversion de fréquence. © CEA

Pour en savoir plus :

MàJ: 15/12/2015
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