Etude de la pollution particulaire d'une chaine laser de puissance

Ce travail porte sur l’étude de la pollution particulaire déposée sur un composant optique d’une chaîne laser de puissance telle que la Ligne d’Intégration Laser (LIL), le prototype du Laser MégaJoule. Le passage du faisceau laser peut provoquer une dégradation prématurée des composants optiques et conduire, au cours des tirs laser successifs, à leur destruction. On parle alors d’endommagement laser. L’objectif de cette thèse est de déterminer l’influence de la pollution particulaire dans le processus d’endommagement des composants optiques sous un rayonnement laser intense. Pour cela, nous avons mis en oeuvre deux types d’approches : l’une consacrée à l’étude des particules recueillies directement dans la LIL et l’autre reposant sur l’utilisation de particules « modèles » pour étudier précisément les effets de l’irradiation. La première a permis de caractériser la pollution particulaire et d’analyser son influence sur l’état de surface des optiques soumises à un flux laser comparable à celui de la LIL. Nous avons montré que l’irradiation laser d’un échantillon d’optique en silice pollué entraîne l’élimination des particules. Ce phénomène peut s’accompagner d’une modification de l’état de surface qui évolue peu au cours des tirs successifs. La deuxième approche, basée sur la confrontation entre les résultats expérimentaux et théoriques, a permis de compléter notre analyse. Nous avons montré que selon l’emplacement des particules par rapport au sens de propagation du faisceau laser, la modification de surface observée provient d’une densification ou d’une ablation de la silice. Nous avons confirmé que dans les deux cas, la silice était stable sous une succession de tirs. Ce travail démontre que dans les conditions de fonctionnement de la LIL, la pollution particulaire en surface des composants optiques est limitée par un phénomène de « nettoyage » par irradiation laser et surtout ne conduit pas à la destruction des optiques.This work concerns the investigation of particular pollution deposited on optical components of high power lasers such as the Ligne d’Intégration Laser (LIL) which is the Laser MegaJoule prototype. The laser beam can induce damages which can lead ultimately to the destruction of the optical components under successive laser shots. The aim of this work is to investigate the influence of pollution on the laser induced damage process. Two general approaches have been developed: the first one is concerned with the study of particles collected in situ inside the LIL, and the other one relies on the investigation of the irradiation of model particles with shape and composition controlled. The first one provided a characterization of particulate pollution and an evaluation of its influence on the surface of the optical components submitted to an intense laser pulse comparable with the one existing in LIL. We showed that the irradiation of silica made optic samples polluted in surface induces a particle removing. This phenomenon can leave an imprint on the surface which generally does not evolve under successive shots. The second approach based on the comparison between experimental and theoretical results, offered a way to complete and broaden our analysis. We showed that depending of the particle positioning versus the laser propagation direction, the observed imprint results in silica ablation or densification. In both cases, silica remains stable under successive laser shots. This works showed that in the LIL working conditions, particulate pollution on optical components is limited by a cleaning effect by laser irradiation and overall does not induce optics destruction

Etude de la pollution particulaire d'une chaîne laser de puissance

Ce travail porte sur l étude de la pollution particulaire déposée sur un composant optique d une chaîne laser de puissance telle que la Ligne d Intégration Laser (LIL), le prototype du Laser MégaJoule. Le passage du faisceau laser peut provoquer la dégradation prématurée des composants optiques et conduire, au cours des tirs laser successifs, à leur destruction. L objectif de cette thèse est de déterminer l influence de la pollution particulaire dans le processus d endommagement des optiques sous un rayonnement laser intense. Pour cela, nous avons mis en œuvre deux types d approches : l une consacrée à l e tude des particules recueillies dans la LIL et l autre reposant sur des particules modèles . La première a permis de caractériser la pollution particulaire et d analyser son influence sur l état de surface des optiques soumis à un flux laser comparable à celui de la LIL. L irradiation laser d un échantillon d optique en silice pollué entraîne une élimination des particules qui peut s accompagner d une modification de l état de surface. La deuxième approche, basée sur la confrontation entre les résultats expérimentaux et théoriques, a permis de montrer que selon l emplacement des particules par rapport au sens de propagation du faisceau laser, la modification de surface observée provient d une densification ou d une ablation de la silice. Dans les deux cas, la silice est stable sous une succession de tirs. Ce travail démontre que dans les conditions de fonctionnement de la LIL, la pollution particulaire en surface des composants optiques est limitée par un phénomène de nettoyage par irradiation laser et surtout ne conduit pas à la destruction des optiques.BORDEAUX1-BU Sciences-Talence (335222101) / SudocSudocFranceF

Effect of laser irradiation on silica substrate contaminated by aluminium particles

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High reflection mirrors for pulse compression gratings References and links

International audienceWe report an experimental investigation of high reflection mirrors used to fabricate gratings for pulse compression application at the wavelength of 1.053µm. Two kinds of mirrors are studied: the mixed Metal MultiLayer Dielectric (MMLD) mirrors which combine a gold metal layer with some e-beam evaporated dielectric bilayers on the top and the standard e-beam evaporated MultiLayer Dielectric (MLD) mirrors. Various samples were manufactured, damage tested at a pulse duration of 500fs. Damage sites were subsequently observed by means of Nomarski microscopy and white light interferometer microscopy. The comparison of the results evidences that if MMLD design can offer damage performances rather similar to MLD design, it also exhibits lower stresses; being thus an optimal mirror substrate for a pulse compression grating operating under vacuum

Study of luminescent defects in hafnia thin films made with different deposition techniques

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Initiation of laser-induced damage sites in fused silica optical components

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Mixed metal dielectric gratings for pulse compression applications

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Influence of artificial metallic defects size on the surface cleaning process

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Non-destructive evaluation on optical components for high power density applications

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