Impact de la porosité des traitements multitouches sur les performances des lasers de puissance

Contexte :

Au cours de l’exploitation du Laser Mégajoule et de Petal, des variations de performances laser (diminution de transmission et perte d’homogénéité) ont été constatées dues à l’évolution des composants optiques multicouches : miroirs et polariseurs. Pour assurer le maintien de ces systèmes lasers, tout en limitant le nombre de composants à remplacer, il est primordial d’améliorer la compréhension des phénomènes à l’origine de l’évolution de ces composants. Ces miroirs et polariseurs sont optimisés pour atteindre des spécifications sévères qui conditionnent le choix de la technique de dépôts. Ils sont déposés par évaporation, technique qui induit une porosité. Cette porosité les rend alors sensibles à leur environnement. En effet, l’eau contenue dans l’air ou toute autre pollution peut s’y condenser ou s’en évaporer, changeant ainsi les indices de réfraction effectifs et/ou les propriétés physiques des couches.

Objectif de la thèse :

L’objectif de cette thèse est de caractériser cette porosité et étudier l’impact de sa composition sur les performances optiques des multicouches utilisés sur les lasers de puissance. Il s’agit d’améliorer la compréhension des phénomènes pour anticiper le comportement des composants au cours du temps et suivant l’environnement d’utilisation. Des voies de vieillissement accéléré, voire même de recyclage, seront également étudier afin de maîtriser et minimiser les coûts d’exploitation.

Déroulement de la thèse :

Ce sujet comprend 3 volets d’études :
1. Etude et caractérisation de la porosité : L’objectif est de déterminer les meilleures méthodes pour caractériser la porosité et en évaluer le contenu. Pour cela, l’étudian(e) pourra s’appuyer sur l’expertise du laboratoire et de nos partenaires, utiliser divers moyens de caractérisation disponibles en interne et chez nos partenaires et compléter ces caractérisations par des simulations. Une fois ces méthodes définies, le/la doctorant(e) qualifiera la pollution moléculaire sur divers lasers de puissance (LMJ, PETAL, OMEGA EP) à l’aide d’échantillons témoins ou de composants en retour d’installation.
2. Etude de l’évolution des performances optiques des multicouches : Il s’agit d’étudier l’effet du nettoyage, de cycles thermiques dans des environnements particuliers sur les performances optiques des miroirs et polariseurs dans le but de réaliser des essais de vieillissement accéléré. Pour cela le/la doctorant(e) caractérisera les évolutions des couches minces de ces composants au cours des différents tests via plusieurs moyens de métrologie.
3. Modéliser et prédire les comportements de nos composants : Grâce à la méthode développée dans l’étape 1 et les connaissances de l’évolution des composants de l’étape 2, l’étudiant(e) pourra modéliser les phénomènes en jeu. L’objectif de cette dernière étape est de pouvoir prédire les comportements de nos composants sur les lasers et ainsi proposer des solutions aux différents phénomènes actuellement constatés sur nos installations.

DIRECTEUR DE THESE

Christelle DUBLANCHE-TIXIER
Cédric DUCROS
cedric.ducros@cea.fr

ECOLE DOCTORALE

ED 609
Science et Ingénierie des Matériaux, Mécanique, Energétique (SIMME)
ENSMA
Téléport 2
1 avenue Clément Ader
BP40109
86961 Futuroscope Chasseneuil Cedex

ENCADRANT

Marine CHOREL
marine.chorel@cea.fr

CENTRE

Cesta
BP 2
33114 Le Barp
Tél. : 05-57-04-40-00