Modeling the processes occurring during the amplification and the propagation of chirped pulses in very high intensity laser chains
Modélisation des processus liés à l'amplification et à la propagation d'impulsions étirées dans des chaînes laser de très haute intensité
Résumé
The topic of this thesis work is the modeling and the control of processes occurring during amplification in a chirped pulse laser system.
We present the models used, which take into account the propagation, non linear and thermal effects appearing in laser chains based on chirped pulse amplification. An experimental validation of these models demonstrates the importance of spatial effects to obtain a precise modeling of the amplification process.
Propagation calculations were made to study the importance of residual aberrations after the correction obtained by a deformable mirror. The use of close loop adaptive correction is shown on the LOA 100 TW laser. This correcting loop is now used daily to improve the spatial and quality and the focal spot of the LOA 100 TW laser.
Some studies on spatio-temporal effects created in lens systems were also made. The local delay and the broadening of the global duration, caused by the propagation time delay (PTD) in a lens system, have been measured. These direct measurements of the global temporal broadening are the first to our knowledge.
Finally, the future LOA Petawatt laser (LUIRE) was simulated with the previous validated amplification models. We are able to obtain the Petawatt regime (30 J, 30 fs) with an additional multipass amplifier whose characteristics are presented.
We present the models used, which take into account the propagation, non linear and thermal effects appearing in laser chains based on chirped pulse amplification. An experimental validation of these models demonstrates the importance of spatial effects to obtain a precise modeling of the amplification process.
Propagation calculations were made to study the importance of residual aberrations after the correction obtained by a deformable mirror. The use of close loop adaptive correction is shown on the LOA 100 TW laser. This correcting loop is now used daily to improve the spatial and quality and the focal spot of the LOA 100 TW laser.
Some studies on spatio-temporal effects created in lens systems were also made. The local delay and the broadening of the global duration, caused by the propagation time delay (PTD) in a lens system, have been measured. These direct measurements of the global temporal broadening are the first to our knowledge.
Finally, the future LOA Petawatt laser (LUIRE) was simulated with the previous validated amplification models. We are able to obtain the Petawatt regime (30 J, 30 fs) with an additional multipass amplifier whose characteristics are presented.
Cette thèse a pour sujet la modélisation et le contrôle des processus intervenant lors de l'amplification d'impulsions laser à dérive de fréquence.
Nous présentons les modèles utilisés, qui prennent en compte la propagation, les effets non linéaires et les effets thermiques se produisant dans les chaînes laser basées sur le principe de l'amplification à dérive de fréquence. Une validation expérimentale de ces modèles a permis de souligner l'importance des aspects spatiaux du laser pour modéliser finement le processus d'amplification.
Nous avons également étudié l'importance, durant la propagation, des aspects spatiaux avec des calculs de propagation après un miroir déformable et montré toutes les précautions nécessaires pour l'utilisation d'une boucle d'optique adaptative. Cette boucle d'optique adaptative est utilisée maintenant de manière journalière pour garantir la qualité de la tache focale du laser 100 TW du LOA.
Nous avons réalisé des études sur les effets spatio-temporels créés dans les systèmes de lentilles. Le retard local et l'élargissement de la durée globale, dus au temps de propagation (PTD) dans un système de lentilles, ont été mesurés. Cette mesure directe de l'élargissement global de la durée temporelle est la première à notre connaissance.
Enfin, le futur laser Pétawatt (LUIRE) du LOA a été dimensionné avec les modèles validés précédemment. Nous pouvons atteindre le régime Pétawatt (30 J, 30 fs) avec un amplificateur multipassage supplémentaire dont les caractéristiques sont présentées.
Nous présentons les modèles utilisés, qui prennent en compte la propagation, les effets non linéaires et les effets thermiques se produisant dans les chaînes laser basées sur le principe de l'amplification à dérive de fréquence. Une validation expérimentale de ces modèles a permis de souligner l'importance des aspects spatiaux du laser pour modéliser finement le processus d'amplification.
Nous avons également étudié l'importance, durant la propagation, des aspects spatiaux avec des calculs de propagation après un miroir déformable et montré toutes les précautions nécessaires pour l'utilisation d'une boucle d'optique adaptative. Cette boucle d'optique adaptative est utilisée maintenant de manière journalière pour garantir la qualité de la tache focale du laser 100 TW du LOA.
Nous avons réalisé des études sur les effets spatio-temporels créés dans les systèmes de lentilles. Le retard local et l'élargissement de la durée globale, dus au temps de propagation (PTD) dans un système de lentilles, ont été mesurés. Cette mesure directe de l'élargissement global de la durée temporelle est la première à notre connaissance.
Enfin, le futur laser Pétawatt (LUIRE) du LOA a été dimensionné avec les modèles validés précédemment. Nous pouvons atteindre le régime Pétawatt (30 J, 30 fs) avec un amplificateur multipassage supplémentaire dont les caractéristiques sont présentées.
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