Caractérisation du matériau Nd : Lu : CaF2 pour l'amplification laser à 1053 nm

Material Nd : Lu : CaF2 characterization for laser amplification at 1053 nm

• Auteur / Autrice : Diane Stoffel
• Direction : Philippe Balcou, Sébastien Montant
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Lasers, Matière et Nanosciences
• Date : Soutenance le 20/03/2019
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Lasers Intenses et Applications (Bordeaux ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Marc Vallet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Christophe Delagnes
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Alain Braud, Patricia Segonds

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bombe à neutrons

Cristaux -- Propriétés plastiques

Biréfringence

Physique des hautes énergies

Mots clés libres

Laser solide

Birefringence

Nd:Lu:CaF2

Effets thermiques

Solid state laser

Birefringence

Nd:Lu:CaF2

Thermal effects

Résumé

Le laser Mégajoule, dédié à l’interaction laser-matière pour la physique des hautes énergies est composé de modules pré-amplificateurs (MPA) devant respecter une qualité de faisceau exigeante. Les MPA actuels utilisent des matériaux verre phosphate dopé au Néodyme pour un fonctionnement à 1053 nm. Leur cadence de tir est cependant limitée à 1 tir / 5 min à cause de leur faible conductivité thermique. Il serait intéressant d’augmenter cette cadence pour optimiser le temps alignement des optiques ou réaliser des diagnostics sur l’installation laser. Pour augmenter la cadence de tir des MPA, nous proposons de changer le matériau actuel par du Nd :Lu :CaF2 de conductivité thermique dix fois plus élevée en vue d’atteindre une cadence de répétition de 10 Hz. Dans ce travail de thèse, nous présentons une étude des effets thermomécaniques induits par un pompage diode inhomogène et transverse, de fluence 13 J/cm2. Nous présentons les mesures de biréfringence résolues spatialement avec un montage en polariseur-analyseur croisés. La distribution des contraintes thermomécaniques associées est reconstruite par un modèle de simulation avec le logiciel COMSOL®. Enfin, une étude de l’influence de l’orientation cristalline du Nd :Lu :CaF2 est développée afin d’expliquer la disparité de biréfringence induite mesurée entre les échantillon de Nd :Lu :CaF2.

Laser facility such as the Megajoule Laser dedicated to laser-matter interaction including inertial fusion need pre-amplifier modules (PAM) which must respect a high beam quality. The current PAM use Phosphate glass doped with Neodymium material to work at 1053 nm with a repetition rate of 1 shot / 5 min limited by a low thermal diffusion. However, it would be interesting to increase the shot rate for alignment or diagnostic purposes. Therefore, we propose to change this amplification material by crystal Nd :Lu :CaF2 with a thermal diffusion ten times higher in view of achieving a repetition rate of 10 Hz. In this PhD work, we report a characterization of the thermal induced effects under a diode inhomogeneous and transverse pump with an energy density of 13 J/cm2. We begin by studying the spatially resolved induced birefringence with a cross polarizer-analyzer setup. We reconstruct the stress pattern of our samples by simulating the global setup with COMSOL® software which includes the thermal and mechanic Multiphysics interaction. This model allows us first to compare with experimental results and then to entirely simulate the mechanical behavior of this new material. A detailed study of the influence of the crystal orientation on the induced birefringence is presented to explain the disparity observed on the different samples Nd :Lu :CaF2 measurements