Endommagement surfacique de la silice avec des faisceaux laser de type LMJ

par Matthieu Veinhard

Thèse de doctorat en Physique et sciences de la matière. Optique, photonique et traitement d'image

Sous la direction de Jean-Yves Natoli et de Laurent Lamaignère.

Le président du jury était Philippe Bouyer.

Le jury était composé de Ji-Ping Zou, Luc Bergé.

Les rapporteurs étaient Laurent Berthe, Guillaume Duchateau.


  • Résumé

    Chacun des 176 faisceaux du Laser MégaJoule (LMJ) délivrera une énergie de 8 kJ à 351 nm, dans le régime nanoseconde, sur une cible millimétrique. Ce flux laser est susceptible d’être absorbé par des défauts présents sous la surface des optiques et d’endommager le composant. L’optique étant affaiblie dans les zones endommagées, tir après tir, les dommages absorbent le flux laser, et leurs surfaces augmentent. Le composant optique le plus sensible de l’installation est le hublot de chambre, composant épais (34mm) exposé à de fortes valeurs de flux laser à 351 nm. Le but de cette thèse est d’étudier l’initiation et la croissance des dommages sur ce composant avec un faisceau laser dont les propriétés sont proches de celles du LMJ. Un tel faisceau est délivré par le banc d’endommagement laser MELBA, permettant d’atteindre des valeurs de flux similaires à celles du LMJ sur un profil spatial homogène circulaire dont le diamètre est de l’ordre du centimètre et avec un profil temporel accordable. Cette étude est organisée en trois axes. Premièrement, la mesure de l’amorçage des dommages sur des composants épais, en tenant compte de l’impact de l’effet Kerr. Deuxièmement, l’étude de la croissance d’une population de dommages en fonction de la fluence et de la durée d’impulsion. Troisièmement, l’étude de la croissance de très gros dommages, de tailles millimétriques


  • Résumé

    Each of the 176 beams of the Laser MégaJoule (LMJ) facility will deliver an energy of 8 kJ at 351 nm, in the nanosecond regime, on a millimeter scale target. This energy density is likely to be absorbed by sub-surface defects induced by the polishing processes. This absorption eventually leads to laser-induced damage sites. These initiated damage sites absorb the laser energy during the subsequent shots and are likely to grow in size. The thick (34mm) optical windows situated after the frequency conversion module are exposed to the highest laser energies at 351nm and are the most sensitive to these phenomena. The goal of this thesis is to study the initiation and growth of damage sites on thick optical components with a laser beam that have similar properties to those of a LMJ beam. Such a beam can be delivered by the MELBA facility which can reach similar energy densities to those that can be found on the LMJ. The beam energy is evenly distributed on a centimeter scale circular aperture and the pulse shape and duration can be defined by the user. Three main axes have been explored in this work. The measurement of damage initiation on thick fused silica optical components have firstly been studied with an accurate metrology of the energy density after the propagation through the optical component, thus taking Kerr small scale self focusing into account. The growth of a population of damage sites have secondly been studied as a function of the laser fluence and pulse duration. Finally, the growth of damage sites up to millimeter scales have been studied


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