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Amélioration du laser pilote dELSA - Un nouvel oscillateur et un nouveau système de gestion de profil transverse du faisceau - V. Le Flanchec – P. Balleyguier.

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1 Amélioration du laser pilote dELSA - Un nouvel oscillateur et un nouveau système de gestion de profil transverse du faisceau - V. Le Flanchec – P. Balleyguier – A. Binet – J. Treuffet CEA DAM – DPTA/SP2A – Bruyères-Le-Châtel - Journées accélérateur de Roscoff septembre 2005

2 Laser pilote dELSA Oscillateur

3 Un nouvel oscillateur pour ELSA Dispositif actuel vieillissant : oscillateur pompé par lampe, 120 ps, 72 MHz + compression temporelle par fibre optique et réseaux. Motivation : MEILLEURE STABILITE ! Réalisation dun nouvel oscillateur utilisant les technologies « up-to-date » : Pompage par diode laser Verrouillage de modes par SESAM

4 Saut technologique 1 : pompage par diode Pompage par lampe : Gros ampli ( 5 mm x 120 mm) Refroidissement à eau (vibrations !) Rendement faible Pompage transverse par lampe continue Pompage longitudinal par diode Puissance gaspillée dissipée en chaleur Pompage par diode : Petit ampli (4 x 4 x 6 mm 3 ) Refroidissement par contact (aucun refroidissement actif) Rendement fort

5 Diode laser fibrée : – = 808 nm –P = 25 W –ON = 0,22 – = 200 µm (100 µm dispo : progrès récents !) Nd :YVO 4 Plan image de la sortie de fibre : Profil de pompe homogène Plan éloigné du plan image Profil de pompe bombé : Coupleur de sortie T = nm nm SESAM Faisceau de 808 nm – 25 W Sortie de fibre de la diode laser Nd:YVO4 fibre Primordial : le profil de la zone pompée doit être homogène pour assurer une LENTILLE THERMIQUE SANS ABERRATION il faut un pompage soigné, un matériau fortement absorbant (réglage diode en T°C) et une diode performante ! nous avons diaphragmé la sortie de notre fibre pour diminuer son étendue géométrique

6 Mise en phase des modes longitudinaux : Sélection des maxima par labsorbant Amplification laser Conditions de fonctionnement : Temps de relaxation durée de limpulsion Énergie de limpulsion sur le SESAM E sat, énergie de saturation Saut technologique 2 : verrouillage de modes par SESAM

7 Utilisation du SESAM : –A 0 = 1,8 % –E sat = 70 µJ/cm 2 – = 20 ps –A ns < 0,3 % Laser : –TEM 00 –Puissance 1,3 W –Fonctionnement Q-Switch mode locking Focalisation du faisceau incident sur le SESAM : disparition progressive du Q-Switch 14 ns

8 Changement de SESAM : A 0 = 4 % E sat = 70 µJ/cm 2 < 10 ps A ns < 0,3 % 14 ns Résultat final : Puissance laser 1 W Durée dimpulsion 25 ps, Cadence dimpulsion 72 MHz Impulsion qualitativement très stable. Caractérisation chiffrée en cours.

9 Dernière étape : synchroniser loscillateur sur le reste de linstallation Un miroir de la cavité est installé sur une cale piézo-électrique. Un comparateur de phase est utilisé pour piloter la cale. Performance actuelle (encore à améliorer) : gigue < 6 ps rms + dérive à long terme

10 Nouvelle gestion de profil transverse du laser dELSA Problématique : un laser monomode délivre un faisceau gaussien, déformé par les systèmes optiques non linéaires de la chaîne laser (Amplis, conversion de fréquence). Or, on veut un éclairement HOMOGENE de la photo-cathode dELSA. Solution jusqualors : tronquer fortement le faisceau pour obtenir une zone à peu près homogène.

11 Faisceau gaussien Faisceau corrigé Lame asphériqueEjection de lénergie du centre du faisceau vers les bords a.u. Faisceau gaussien Faisceau corrigé Comparaison des profils avant et après le système Plus efficace : convertir le profil gaussien en profil homogène par un système réfractif Principe du système Système Newport

12 Résultats expérimentaux La zone sélectionnée correspond à un écart quadratique moyen de 15% par rapport à une répartition homogène. Filtrage des fréquences spatiales Perte : 40% Convertisseur gaussien - homogène Pertes par transmission < 10%. En sélectionnant la partie la plus plate de ce faisceau on rajoute 40% de pertes. Bilan total des pertes 65% 35% de lénergie totale sur la photo-cathode. Ancienne performance : < 10%

13 Diagnostics Cathode Laser dalignement amovible Vide Axe faisceau électrons Cavité accélératrice 144 MHz Convertisseur gaussien homogène Zoom Filtrage spatial 100 µm Diaphragme à iris Faisceau laser Point de focalisation f = 700 mm afocal sch é ma d ensemble de la nouvelle table d injection d ELSA.


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