Contexte

Les impulsions lasers produites par des chaînes de puissances comme le projet PETAL, HIPER, ou encore ELI utilisent la technique d’amplification appelée « Chirped Pulse Amplification », où l’impulsion est étirée à partir d’un système dispersif afin de diminuer sa puissance crête, avant d’être amplifiée dans un milieu solide, comme un verre dopé néodyme ou un cristal de Titane : Saphir. L’impulsion amplifiée doit ensuite être compressée à l’aide d’un milieu dispersif. Les réseaux de diffraction sont utilisés pour cette dernière étape car ils présentent un pouvoir dispersif important, et peuvent travailler en réflexion, ce qui garantit une bonne qualité du front d’onde. Mais des problèmes d’endommagement laser interviennent lors de cette étape de compression, limitant ainsi la puissance des chaînes laser actuelles.

Objectif et déroulement de la thèse

L’objectif de cette thèse est de développer des designs originaux de réseaux de diffraction capables d’élever encore leurs seuils d’endommagement. La première partie de cette thèse se déroulera à l’Institut Fresnel (Aix Marseille Université, CNRS, Ecole Centrale Marseille) dans l’équipe Clarté, équipe spécialisée dans la modélisation électromagnétique de composants photoniques périodiques.
L’étudiant devra tout d’abord acquérir des connaissances dans les méthodes numériques avant de développer des codes numériques propriétaires. En particulier, il réalisera un code capable de modéliser la diffraction de la lumière d’un réseau déposé sur un matériau dont l’indice évolue continument. L’objectif de cette étude sera de minimiser le renforcement de l’intensité lumineuse de la lumière incidente à l’intérieur du réseau. En outre, le code devra intégrer une optimisation des proportions du mélange de diélectriques dans le but d’adapter cette proportion au champ de la couche considérée afin d’en minimiser le champ.
Une seconde voie de recherche sera abordée par le développement de réseaux de diffraction éclairés en polarisation Transverse Magnétique (TM). L’attention des différents groupes de recherche s’est focalisée depuis le milieu des années 1990 sur les réseaux diélectriques éclairés en polarisation Transverse Electrique (TE), essentiellement parce qu’un empilement diélectrique présente une meilleure réflectivité en TE. Mais la technologie des réseaux mixtes or-diélectrique ouvre la voie au développement de réseaux de diffraction optimisés en TM, puisque la réflectivité n’est maintenant plus conditionnée par un grand nombre de couches diélectriques.
La seconde partie de sa thèse se déroulera au CEA CESTA où est actuellement assemblée la chaîne laser PETAL. Cette chaîne est en cours d’installation dans le bâtiment du Laser MégaJoule pour être couplée à des faisceaux nanosecondes du LMJ. Elle délivrera dès 2015 des impulsions d’une durée de 500 fs dont la puissance atteindra plusieurs PW. Le doctorant travaillera sur la fabrication des différents designs élaborés lors de la première partie de ses travaux. Ces opérations seront sous traitées à divers fabricants et instituts de recherche français ou étrangers avec lesquels le laboratoire travaille d’ores et déjà. Le doctorant devra également mettre à profit les divers moyens de caractérisation et en particulier un banc de test d’endommagement laser. Il devra associer ces mesures avec les profils des différents réseaux obtenus par un microscope à force atomique. Il analysera également la morphologie et la localisation des endommagements avec un microscope à balayage électronique en utilisant notamment les moyens en place à l’Université de Bordeaux.

Directeurs de thèse :

Nicolas Bonod, Institut Fresnel, Marseille

Jérôme Néauport, CEA CESTA, Le Barp