Chercheurs du Laboratoire national de Livermore Lawrence (LLNL) et ses collègues ont conçu et construit de nouveaux réseaux de diffraction pour la compression d’impulsions laser à haute énergie dans le système laser le plus puissant au monde. La nouvelle conception permettra de transmettre 10 PW d’énergie (10 16 W) en une seule impulsion. C’est environ dix fois la capacité totale du réseau électrique américain, nécessaire à de nombreux domaines scientifiques.

Source de l'image : LLNL

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Quatre HELD (réseaux à haute énergie et faible dispersion) de 85 cm x 70 cm chacun seront installés dans le système laser ELI-Beamlines L4-ATON en République tchèque. De tels réseaux HELD de taille métrique pourraient potentiellement contribuer à la création de futurs systèmes laser ultrarapides d’une puissance de 20 à 50 PW.

Dans un système laser, des réseaux de diffraction sont utilisés pour dilater puis comprimer des impulsions laser à large bande. La méthode Chirped Pulse Amplification (CPA) a été proposée en 1985 par les physiciens Gérard Albert Mourou et Donna Strickland, pour laquelle ils ont reçu le prix Nobel de physique en 2018. Actuellement, la méthode CPA est la seule permettant d’obtenir une impulsion laser de l’ordre du pétawatt.

Grâce aux nouveaux réseaux de diffraction, l’installation L4-ATON pourra générer 1,5 kJ d’énergie en impulsions d’une durée de 150 fs (femtosecondes, 10 -15 s), ce qui correspondra à la transmission d’une puissance inédite de 10 PW à un taux de répétition d’une impulsion par minute. L’obtention de telles énergies ouvrira la porte à des recherches révolutionnaires dans des domaines tels que la physique des plasmas et des hautes densités d’énergie, l’astrophysique, l’accélération des particules laser, les diagnostics médicaux avancés, les technologies de traitement industriel et la détection des matières nucléaires.

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Un schéma simplifié du fonctionnement d’une installation laser avec des réseaux de diffraction dans sa composition. Source de l’image : LLNL

Par rapport aux baies NIF ARC modernes, les baies HELD fournissent une densité d’énergie 3,4 fois plus élevée. Ils sont suffisamment grands, efficaces et suffisamment solides pour supporter la haute densité d’énergie des impulsions laser. L’étirement dans le temps et les réseaux de diffraction laser spectral « shot » réduisent la charge énergétique sur le système optique d’amplification, le protégeant des dommages. Après amplification, l’impulsion laser est à nouveau compressée et atteint ainsi les énergies les plus élevées sans nuire au canal d’amplification optique.

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