Spectre quasi monoénergétique et optimisation

Ce chapitre présente l’ensemble des résultats expérimentaux obtenus sur la caracté- risation de l’interaction. Pour plus de clarté, la présentation est organisée de la manière suivante : tout d’abord, je présente l’équipement utilisé au cours des expériences (système laser, schéma expérimental et instrumentation). Ensuite, je décris les propriétés mesurées de la source d’électrons ainsi que les conditions optimales qui ont permis d’obtenir ces résultats. Cette section décrit le système laser utilisé au cours des expériences ainsi que le schéma expérimental pour la caractérisation du faisceau d’électrons. Des informations plus précises sur la caractérisation du spectromètre à électrons sont détaillées en Annexes B et C. Le laser de la “salle jaune” (Pittman et al., 2002) du Laboratoire d’Optique Appliquée fonctionne avec un cristal de Titane Saphir (Ti :Sa) dans l’infrarouge et repose sur la tech- nologie de l’amplification à dérive de fréquence (Strickland et Mourou, 1985). Il délivre des impulsions de 30 TW sur cible, de durée 30 fs, à une cadence de 10 Hz.La chaîne laser comprend un oscillateur Ti :Sa auto-bloqué en phase, qui produit untrain d’impulsions de 300 mW et de 18 fs à une cadence de 88 MHz. Ces impulsions sont étirées à 400 ps dans un étireur sans aberration et injectées dans un Dazzler (filtre acousto- optique). Cet appareil permet de contrôler activement le spectre et la phase spectrale de l’impulsion. Une cellule de Pockels sert ensuite à sélectionner les impulsions à une ca- dence de 10 Hz. Le temps d’ouverture de cet instrument permet de contrôler le niveau d’ASE (Émission Spontanée Amplifiée), ce qui définit le contraste de l’impulsion. Les impulsions de 1 nJ sélectionnées passent successivement dans trois étages d’amplification multi-passages, à la sortie desquels l’énergie passe séquentiellement à 2 mJ, 200 mJ et 2.5 J. Entre les étages d’amplification, des filtres spatiaux servent à sélectionner le mode spatial fondamental du faisceau et limiter ainsi les surintensités à des valeurs inférieures au seuil de dommage des cristaux. Le cristal du troisième étage est par ailleurs refroidi par cryogénie de manière à atténuer les effets thermiques. Après passage sous vide se- condaire, les impulsions sont recomprimées sur une paire de réseaux (double passage) et envoyées vers l’enceinte d’interaction. L’efficacité du compresseur est de 55%, ce qui permet d’obtenir des impulsions de 30 fs (largeur à mi-hauteur) contenant une énergie d’environ 1.3 J sur cible. Le contraste de l’impulsion à des échelles de temps de l’ordre de la nanoseconde est supérieur à 10 ). Ainsi, le laser se propage dans un milieu initialement homogène, ce qui compte beaucoup dans la propagation du laser.

Dispositif expérimental

Le montage expérimental est présenté sur la figure 2.1. Le laser est focalisé par un miroir parabolique d’une focale de 1 m sur le front avant raide d’un jet de gaz superso- nique d’hélium, de diamètre 3 mm. Ce gaz léger est totalement ionisé par le piédestal de l’impulsion. Le profil de densité atomique du jet de gaz, mesuré par interférométrie, correspond à une densité uniforme au centre et des gradients raides (Semushin et Malka, 2001). Ces conditions d’interaction servent de référence dans la suite du document.comprises entre 11 et 110 µm. Ces valeurs sont à comparer aux dimensions du laser focalisé : le waist du laser au point d’interaction atteint la limite de diffraction w Derrière le lieu de l’interaction, nous plaçons un spectromètre à électrons. Durant des premières expériences de ma thèse, nous avons utilisé un spectromètre imageur composé d’un électroaimant et de 4 diodes en silicium (Fig. 2.2). Cet instrument était très lourd et encombrant, donc délicat à manoeuvrer pour l’aligner suivant l’axe laser. En utilisant un collimateur, nous sélectionnions la partie centrale du faisceau d’électrons, le long de l’axe laser. Cette combinaison d’un spectromètre imageur et de diodes assuraient une haute résolution et une bonne sensibilité aux électrons. L’énergie correspondant à chaque diodes pouvait être modifiée en variant l’intensité du courant dans l’électroaimant. Cependant, la mesure ne fournissait que 4 points par tirs, ce qui nécessitait l’accumulation de nombreux tirs avec un champ magnétique différent pour reproduire un spectre complet. Ces mesures étaient adaptées pour des faisceaux d’électrons aux propriétés reproductibles.