13/11/20081 Le Laser du PHIL Présentation rapa de Bernard LEBLOND 1/ Rappel des caractéristiques requises lors de l’appel d’offre. 2/ Motivations du choix.

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1 13/11/20081 Le Laser du PHIL Présentation rapa de Bernard LEBLOND 1/ Rappel des caractéristiques requises lors de l’appel d’offre. 2/ Motivations du choix effectué. 3/ Le laser installé. 4/ La vie du laser depuis sa livraison. 5/ Situation au 13 novembre 2008. 6/ Le transport laser photocathode. 7/ Conclusion.

2 13/11/20082 Paramètres requis

3 13/11/20083 Les propositions reçues, au nombre de six, nous garantissaient toutes les performances exigées et se rassemblaient en deux familles technologiques : La première faisait appel à une technologie éprouvée depuis une quinzaine d’années relativement complexe, que nous avions utilisée lors d’expériences réalisées précédemment (Canons HF Candela et Elyse), il s’agit du système Titane-saphir. Ce concept développé à partir d’un oscillateur femtoseconde implique l’utilisation de systèmes optiques complexes d’étirement d’impulsion avant amplification puis de recompression avant la génération d’harmoniques. Ceci présente des inconvénients, notamment de la part d’éléments optiques travaillant aux limites de leurs performances. Ce type de système nécessite l’utilisation de lasers de pompe pour l’oscillateur et pour l’amplificateur. La seconde famille, de concept plus récent, technologie Nd-YLF à blocage de modes par composant solide, permet une simplification majeure de la chaîne laser due au fait que l’impulsion délivrée par l’oscillateur a pratiquement la durée requise. Elle utilise de ce fait un nombre réduit de composants comparativement à la solution précédente et devrait donc présenter une robustesse supérieure. Cette solution, nettement plus économique, offre en outre une remarquable compacité ce qui réduit le coût de son installation en salle laser. Le pompage de l’oscillateur ainsi que de l’amplificateur est ici directement effectué par diodes intégrées. Motivations du choix

4 13/11/20084 Le Laser installé La salle laser est stabilisée en température à ± 1°C et maintenue en légère surpression par un apport permanent d’air filtré. L’ambiance est de type « salle grise », l’accès s’effectue par un sas et le port de chaussons de protection est recommandé. Les dimensions du boîtier contenant le système laser sont: 902mm*502mm*160mm L’ensemble est installé sur une table optique en nid d’abeilles de dimensions : 2000mm*1250mm*300mm

5 13/11/20085 1/ L’oscillateur Nd-YLF à modes bloqués en phase par un absorbant saturable solide (miroir SESAM) délivre un train continu d’impulsions de quelques picosecondes de durée à la fréquence F = 74,963750 MHz. La longueur d’onde est de 1048nm et l’énergie par impulsion de l’ordre de quelques nanojoules. Ce laser est synchronisable sur un signal externe avec une gigue inférieure à une picoseconde. Le cristal Nd-YLF est refroidi par conduction et pompé par une diode refroidie. 2/ L’amplificateur régénératif Nd-YLF va fournir un gain en énergie voisin de 10 6 à une impulsion sélectionnée dans le train oscillateur par une cellule de Pockels logée intra cavité. La fréquence de récurrence souhaitée,5 Hz dans l’expérience, est réglable. Le cristal Nd-YLF est pompé par une diode refroidie. L’ensemble est monté sur une embase en aluminium massif contrôlée en température, et enfermé dans un boîtier étanche. 3/ Un système de génération d’harmoniques constitué de deux boîtiers indépendants contenant les cristaux doubleur et quadrupleur qui sont thermalisés. Le Laser disposition des sous ensembles

6 13/11/20086 Les éléments constitutifs du laser Oscillateur Nd-YLF F= 74,963750MHz W/impulsion: qq nJ Amplificateur régénératif Nd-YLF Sélectionne 1 impulsion à 5 Hz, gain voisin de 10 6 Cellule de Pockels doubleur Quadrupleur

7 13/11/20087 Alimentation continue en air filtré Caméra à balayage de fente Électronique de commande du laser DISPOSITION EN SALLE LASER Hublot de traversée vers salle canon

8 13/11/20088 Impulsion type mesurée avec la streak camera Impulsion UV caractéristique délivrée par le laser au niveau de l’utilisation. La largeur à mi-hauteur est voisine de 8ps Image de la fente d’entrée de la streak camera enregistrée en mode statique

9 13/11/20089 Vie du laser depuis sa livraison Livré le 09/01/06, installé provisoirement bat 209A le 17/01/06 Manque d’énergie, renvoi laser chez HQ. Suspicion sur la durée d’impulsion UV d’après les données HQ sur la durée du pulse IR. HQ reconnaît le problème et s’engage à y remédier. Retour laser et remise en route le 15 /09/06 Energie correcte, 80µJ/impulsion, mais durée d’impulsion mesurée à la streak camera trop longue, 15ps en UV. D’autre part le déclenchement de l’impulsion par une commande externe ne fonctionne pas. Renvoi de composants du système laser chez HQ. Retour le 29/11/06 reprise des tests. L’énergie en sortie du boîtier laser est de 70µJ. La stabilité en énergie de l’impulsion UV est <1,5%. La synchronisation entre l’oscillateur laser et le pilote est ≤1 ps. Le taux de répétition de l’impulsion est réglable de 5Hz à 100Hz ce qui n’était pas demandé mais est intéressant. Le déclenchement en externe fonctionne correctement. Il subsiste encore un petit problème concernant la durée de l’impulsion qui semble fluctuer entre 8ps et 12ps. Des mesures complémentaires à l’aide d’un auto corrélateur doivent être réalisées par la société OPTON LASER dans les prochains jours (du 14 au 16 février). En résumé, à ce jour, 31/01/2007, le système répond pratiquement au cahier des charges. Nous avons prononcé la réception définitive du système le 16/02/07. Nous rappelons que la garantie proposée par Opton Laser dans le cadre de son offre de marché est de 18 mois ou 5000 heures a/c de la date de réception définitive. Le système est donc sous garantie complète jusqu’au 15 août 2008

10 13/11/200810 Depuis la date de réception du 16/02/07 Fonctionnement satisfaisant jusqu’au 01/06/07, puis instabilités et perte d’énergie. Août 2007: 1/ Problème électronique avec la stabilisation en température du doubleur. 2/ Problème général avec l’électronique de commande. Nombreuses interventions d’Opton laser, remplacement du cristal doubleur 06/11/2007. Retour chez HQ de boîtiers électroniques pour réparations Des problèmes subsistent, instabilités. Renvoi du système chez HQ le 22/11/07. Retour le 14/01/08 La cellule de Pockels a été remplacée (piquée). Remise en route par Opton laser le 16/01/08 Oscillateur instable. -Difficultés pour obtenir le blocage de modes Intervention HQ le 23/01/08. Fonctionnement correct de l’ensemble. Chute journalière lente et régulière de l’énergie dans l’impulsion depuis cette date. Intervention de HQ Le 03/03/08. - Remplacement du doubleur (traitement AR défectueux), le quadrupleur est également à remplacer. -Difficultés pour obtenir le blocage de modes. Intervention Opton – HQ pour pb informatique. Arrêt pour remise en état du 11/04/08 au 15/05/08 Août 2008: Impossible d’obtenir le blocage de modes. Intervention HQ 09/09/08. - Réglage de l’oscillateur. - Remplacement du cristal doubleur, montage d’un cristal non traité AR. Fonctionnement correct de l’ensemble. 23/09/08 - Impossible d’obtenir le blocage de modes. 13/10/08- Renvoi de l’oscillateur chez HQ pour réglages de la cavité. A suivre…

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12 13/11/200812 Impressions générales le 13/11/2008 Ce qui est évident: Lorsqu’il fonctionne, le laser respecte le cahier des charges. Beaucoup de problèmes rencontrés: Des solutions satisfaisantes ont été apportées à la plupart d’entre- eux. problème de jeunesse pour ce qui concerne l’électronique ou l’informatique Il reste à espérer que les problèmes de tenue au flux des différents composants sensibles vont trouver une solution. On peut penser qu’un problème de défaut de dépôt d’un traitement anti-reflets sur les faces des cristaux est derrière nous. Coté positif: On peut espérer disposer de 100µJ/pulse en sortie laser, soit le double de ce qui était demandé. On dispose d’un taux de répétition réglable jusqu’à 100 Hz.