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.