Amélioration du laser pilote d’ELSA - 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

Laser pilote d’ELSA Oscillateur

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 d’un nouvel oscillateur utilisant les technologies « up-to-date » : Pompage par diode laser Verrouillage de modes par SESAM

Saut technologique 1 : pompage par diode Pompage transverse par lampe continue Pompage longitudinal par diode Puissance gaspillée dissipée en chaleur Pompage par lampe : Gros ampli (f5 mm x 120 mm) Refroidissement à eau (vibrations !) Rendement faible Pompage par diode : Petit ampli (4 x 4 x 6 mm3) Refroidissement par contact (aucun refroidissement actif) Rendement fort

Sortie de fibre de la diode laser Faisceau de pompe @ 808 nm – 25 W 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 Sortie de fibre de la diode laser Faisceau de pompe @ 808 nm – 25 W SESAM Rmax@1064 nm Tmax@808nm Nd:YVO4 Coupleur de sortie T = 10%@1064 nm Nd :YVO4 fibre Diode laser fibrée :  = 808 nm P = 25 W ON = 0,22 F = 200 µm (100 µm dispo : progrès récents !) Plan image de la sortie de fibre : Profil de pompe homogène Plan éloigné du plan image Profil de pompe bombé :

verrouillage de modes par SESAM Saut technologique 2 : verrouillage de modes par SESAM Mise en phase des modes longitudinaux : Sélection des maxima par l’absorbant Amplification laser Conditions de fonctionnement : Temps de relaxation   durée de l’impulsion Énergie de l’impulsion sur le SESAM ›› Esat , énergie de saturation

Utilisation du SESAM : Laser : Esat = 70 µJ/cm2  = 20 ps Ans < 0,3 % Laser : TEM00 Puissance 1,3 W Fonctionnement Q-Switch mode locking Focalisation du faisceau incident sur le SESAM : disparition progressive du Q-Switch 14 ns

Cadence d’impulsion 72 MHz Changement de SESAM : A0 = 4 % Esat = 70 µJ/cm2  < 10 ps Ans < 0,3 % 14 ns Résultat final : Puissance laser 1 W Durée d’impulsion 25 ps, Cadence d’impulsion 72 MHz Impulsion qualitativement très stable. Caractérisation chiffrée en cours.

Dernière étape : synchroniser l’oscillateur sur le reste de l’installation 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

Nouvelle gestion de profil transverse du laser d’ELSA 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 d’ELSA. Solution jusqu’alors : tronquer fortement le faisceau pour obtenir une zone à peu près homogène.

Comparaison des profils avant et après le système Plus efficace : convertir le profil gaussien en profil homogène par un système réfractif Faisceau gaussien Faisceau corrigé a.u. Faisceau gaussien Faisceau corrigé Comparaison des profils avant et après le système Lame asphérique Ejection de l’énergie du centre du faisceau vers les bords Principe du système Système Newport

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 l’énergie totale sur la photo-cathode. Ancienne performance : < 10%

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