Projet Laser ELI-NP 10PW

La source a été développée par Thalès, qui a commencé la livraison et l'installation fin 2016 de ce que l'on dit être le système laser le plus puissant du monde. 5 ans après le début de sa construction, l'installation ELI-NP (Extreme Light Infrastructure for Nuclear Physics) de Magurele, en Roumanie, a franchi une étape importante dans la production d’impulsions à ultra haute intensité. Des faisceaux laser de 10 PW sont à présents disponibles pour une utilisation dans des programmes de recherche depuis le premier trimestre 2020.

ELI-NP est l'un des éléments du projet Extreme Light Infrastructure, une initiative européenne visant à déployer collectivement le système de lignes de lumière le plus intense au  monde.

HPLS & LBTS

Le Système Laser Haute Puissance (HPLS) et le Système de Transport de Faisceaux Laser LBTS sont des composants clés de l'installation ELI-NP. Ensemble, ces systèmes délivrent les impulsions laser requises dans les zones expérimentales où les expériences ont lieu.

Le système HPLS est composé de deux bras laser capables de délivrer de pulses lasers sur six sorties différentes : 2x0.1 PW @ 10 Hz, 2x1 PW @ 1 Hz et 2x10 PW @ 1/mn de taux de répétition.

Le LBTS est constitué de miroirs réglables d'un mètre de large situés dans un système à vide capables d’amener les impulsions laser vers les expériences souhaitées avec une précision micrométrique.

Les systèmes sont contrôlés  à l'aide d'interfaces matériels et logiciels spécialisés.  Le fonctionnement des systèmes HPLS et LBTS se fait dans des conditions environnementales contrôlées en termes de qualité de l'air et de vibrations.

Système d’alignement

Le système d'alignement est basé sur un laser continu à 785 nm. Chaque faisceau PW a son propre système d’alignement, indépendant les uns des autres.

Laser d’alignement de grande ouverture (FAL)

Ce faisceau est mis en forme pour obtenir un faisceau super-gaussien de 550 mm ± 10 mm de diamètre qui se propage dans le LBTS.

Le HPLS est d'abord aligné à basse puissance. Deux mires sont ensuite placées sur le trajet du faisceau HPLS et alignées pour servir de référence pour le centrage du système d'alignement. Avant le premier miroir de l'expanseur de faisceau, un miroir est inséré sur le trajet du faisceau et une caméra en champ lointain est utilisée pour imager le champ lointain du HPLS. Le champ lointain ainsi défini sert de référence pour le champ lointain du laser d'alignement.

Afin d'avoir une résolution de pointage de 10mrad, il faut choisir de manière appropriée la caméra et les objectifs. Différentes configurations sont possibles suivant les focales et les objectifs considérés. Comme nous pouvons le voir dans le tableau 1, la solution avec F = 0,5 et aucun objectif de microscope ne répond pas aux spécifications, le plus petit déplacement visible par la caméra étant de 13 mm.

La distance focale choisie est ainsi F = 1m car elle permet de répondre à la spécification. Si une résolution plus élevée est nécessaire, il est possible d’ajouter un objectif de microscope.

Une fois les mires alignés et le champ lointain enregistré, il est maintenant possible d’injecter le laser d'alignement suivant le trajet du faisceau HPLS via l’expanseur de faisceau ABEX. L'expanseur de faisceau ABEX est constituée d’une lentille télécentrique haute résolution avec un facteur de grossissement de M = 0,089, délivrant un faisceau de 160 mm de diamètre.

Le laser et l'ABEX sont tous deux fixés sur un support capable d'effectuer les opérations suivantes:

- Translater les chemins optiques en entrée et en sortie de l'ABEX

 - Translater l’ABEX suivant les directions X et Y (orthogonales à la direction de propagation)

- Tip / tilt de l’ABEX

- Création d'un faisceau supplémentaire pour le monitoring du pointage

Ci-dessous, deux images montrant le support ABEX.