Moyen de métrologie pour la conception et l’évaluation de chaines lasers hyper intenses utilisant la recombinaison cohérente de lasers élémentaires

Metrology means for the design and evaluation of hyperintense laser chains using coherent recombination of elementary lasers

• Auteur / Autrice : Maxime Deprez
• Direction : Jérôme Primot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique et photonique
• Date : Soutenance le 06/09/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et matière (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Office national d'études et de recherches aérospatiales (France). Département Optique et Techniques Associées
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Druon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Primot, Frédéric Druon, Agnès Desfarges-Berthelemot, Pascal Picart, Jean-Christophe Chanteloup
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Agnès Desfarges-Berthelemot, Pascal Picart

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mesure

Lasers

Interférométrie

Mots clés libres

Laser

Surfaces d'onde morcelées

Métrologie

Laser

Segmented wavefront

Metrology

Résumé

La nécessité de la montée en puissance, crête et moyenne, des chaines lasers hyper intenses a fait émerger un nouveau type d'architecture. Le principe consiste à combiner de manière cohérente un grand nombre de lasers élémentaires les plus simples et robustes possible. La difficulté de la montée en puissance est donc reportée essentiellement sur le système de recombinaison. Plusieurs laboratoires à travers le monde ont ainsi décidé de s'impliquer dans cette voie. S'il existe des concepts variés pour la boucle d'asservissement, il n'y a pas pour l'instant, à notre connaissance, de développement d'un moyen de métrologie absolue de la qualité du front d'onde final, et donc de la recombinaison. Or celui-ci est fondamental pour deux moments particuliers de la conception de ces nouvelles architectures.Dans un premier temps, il est nécessaire de connaître la nature, l'amplitude et la fréquence des défauts de phase en boucle ouverte afin de bien spécifier l'architecture de la tête optique et le système de contrôle/commande. Puis, lorsque la chaîne est pleinement opérationnelle, en boucle fermée, la qualité de la recombinaison doit être évaluée. L'objet de cette thèse est de proposer un nouvel interféromètre adapté à ces deux besoins, c'est-à-dire capable d'encaisser de fortes dynamiques et d'avoir en même temps des capacités de mesure absolue de très grandes précision et justesse, à haute cadence, afin de mesurer et d'analyser le front d'onde résultant de la combinaison des différents lasers sur toute la phase de conception de ces lasers, en boucle ouverte comme en boucle fermée.

The need for the rise in power, peak and medium, of hyper intense laser chains has led to the emergence of a new type of architecture. The principle is to consistently combine a large number of the simplest and most robust elementary lasers possible. The difficulty of ramping up is therefore mainly transferred to the recombination system. Several laboratories around the world have thus decided to get involved in this path. If there are various concepts for the servo loop, there is currently, to our knowledge, no development of a means of absolute metrology of the quality of the final wavefront, and therefore of recombination. This is fundamental for two particular moments in the design of these new architectures.First, it is necessary to know the nature, amplitude and frequency of open loop phase faults in order to properly specify the optical head architecture and the control/command system. Then, when the chain is fully operational, in closed loop, the quality of the recombination must be evaluated. The purpose of this thesis is to propose a new interferometer adapted to these two needs, i.e. capable of withstanding strong dynamics and at the same time having absolute measurement capabilities of very high precision and accuracy, at high cadence, in order to measure and analyze the wavefront resulting from the combination of the different lasers over the entire design phase of these lasers, in open loop as in closed loop.