Amélioration du laser pilote dELSA - Un nouvel oscillateur et un nouveau système de gestion de...
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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
Tête Nd:YAGlampe Kr
Pockels1
Ampli 0
Ampli 3 Ampli 2
Ampli 12
Autocorrélateur(8)
Pockels2
6
7
3 5
VersPhotocathode
CBF
Quantronix ML 416 - 72,22 MHz
Caméra
Compressionoptique
Doublage defréquence
Oscillateur pilote Mise en forme de lamacro-impulsion
Amplificationlumineuse
536
7
réseau
7 W _ 100 nJ 1 W _ 15 nJ 10 mJ10 µJ
Laser pilote d’ELSAOscillateur
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 laserVerrouillage de modes par SESAM
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
mm3) Refroidissement par
contact (aucun refroidissement actif)
Rendement fort
• Diode laser fibrée : = 808 nm
– P = 25 W
– ON = 0,22 = 200 µm (100
µm dispo : progrès récents !)
Nd :YVO4
Plan image de la sortie de fibre :Profil de pompe homogène
Plan éloigné du plan image Profil de pompe bombé :
Coupleur de sortie
T = 10%@1064 nm
Rmax@1064 nmTmax@808nm
SESAM
Faisceau de pompe @
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
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
Saut technologique 2 : verrouillage de modes par SESAM
• Utilisation du SESAM :– A0 = 1,8 %– 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
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.
Faisceau gaussien
Faisceau corrigé
Lame asphérique Ejection de l’énergie du centre du
faisceau vers les bords
50 100 150 2000
0.5
1
1.5
"a.u.
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
Résultats expérimentauxLa zone sélectionnée correspond à un écart quadratique moyen de 15% par rapport à une répartition homogène.
Filtrage des fréquences spatialesPerte : 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%
Diagnostics
Cathode
Laser d’alignement
amovible
Vide
Axe faisceau électrons
Cavité accélératrice144 MHz
Convertisseur gaussien homogène
Zoom
Filtrage spatial 100 µmDiaphragme
à iris
Faisceau laser
Point de focalisation
f = 700 mm
afocal
schéma d’ensemble de la nouvelle table d’injection d’ELSA.