Projet ANR-07-BLAN-0306 – CAN : Coherent Amplification Network
Programme : Blanc (BLANC) 2007
Année de financement : 2007
Coordinateur du projet : ECOLE POLYTECHNIQUE (ECOLE POLYTECHNIQUE)
Partenaires : École polytechnique; Institut d'Optique Graduate School; Office national d'études et de recherches aérospatiales; Entreprise autre que TPE ou PME
Montant : 350000.0 euros
Durée : 24 mois
Résumé : Nous proposons d'étudier un nouveau schéma d'amplification. Celui-ci, est basé sur la mise en phase d'un très grand nombre d'impulsions lumineuses qui ont été préalablement amplifiées dans un réseau de fibres amplificatrices. Ce concept est appelé CAN pour Coherent Amplification Network. L'objectif final est de produire simultanément intensité dans le régime relativiste à un très haut taux de répétition, conditions nécessaires pour les applications de l'optique relativiste. Ceci est équivalent à la production de très fortes puissances crête et moyenne. Pour beaucoup d'applications, comme la production de rayon X et de rayon gamma ou l'accélération de particules en les puissances moyennes doivent se situer entre le kW et le MW. La philosophie derrière notre approche est d'augmenter la surface latérale de l'amplificateur pour un meilleur refroidissement en conservant le même volume amplificateur. Le système idéal serait formée d'un ensemble de fibres mono modes. On sait aujourd'hui qu'une fibre peut amplifier jusqu'à des puissances moyennes au-delà du kW. Cependant pour être dans le régime relativiste, c'est-à-dire >10^18W/cm2 , il faut aussi produire des impulsions avec une énergie entre, 1-1000J, ayant une durée d'impulsion entre, 100fs et 1 ps. On peut aujourd'hui produire 1mJ par impulsion et par fibre avec une durée d' une centaine de femtosecondes, ce qui nous conduit à des systèmes entre 1.000 et 1.000.000 fibres. La construction de tels systèmes se fera en utilisant des techniques d'assemblage en grandes séries de composants de télécommunication. Ces composants conçus pur les télécommunications comme les diodes et autres sont remarquablement efficaces, fiables, économiques et robustes. La philosophie du CAN, est fondamentalement différente de celle utilisée dans les systèmes d'amplification conventionnels, basés sur les cavités « ouvertes » et des systèmes non guidés avec très peu de composants. CAN permet une grande souplesse car entre autre elle peut permettre de jouer indépendamment sur la cohérence spatiale et temporelle. Ce système pourrait s'étendre à des applications avec N=1.000.000 , comme le CERN Linear Collider (CLIC).   La question que nous voulons étudier dans ce projet est la possibilité d'additionner en phase un très grand nombre de fibres monomodes. Nous étudierons le cas de fagots où N est de l'ordre de 50. Ceci représente l'ouverture vers des réseaux amplificateurs cohérents avec un nombre très grand de fibres. En effet en mettant n fagots en phase on pourrait atteindre des valeurs arbitrairement grandes allant jusqu'à N^n.   Différentes techniques permettent de réaliser de la recombinaison cohérente de faisceaux comme la recombinaison par effets non-linéaires, les cavités auto-organisés, et la recombinaison par contrôle actif de la phase. Cette dernière technique offre l'avantage de permettre d'atteindre de très fortes intensités, tout en restant en deça des limitations intrinsèques à chaque fibre. Jusqu'à présent, la recombinaison cohérente de fibres amplificatrices par contrôle actif de la phase a été démontrée avec un relativement petit nombre d'amplificateurs.  Le propos du projet CAN est d'étudier et de démontrer la recombinaison cohérente d'un grand nombre de fibres. Le but est de valider ce concept dans un premier temps avec des fibres passives. Afin de comprendre tous les aspects de la recombinaison cohérente de fibres amplificatrices, les fluctuations de phase d'un amplificateur à fibre à haute puissance seront étudiées pour déterminer les temps caractéristiques et les amplitudes de ces fluctuations. Cette étude sera faite dans différents régimes temporelles, y compris en régime femtoseconde.  Les résultats attendus du projet CAN est d'avoir une évaluation de tous les paramètres clés d'un système de mise en phase d'un très grand nombre de fibres amplificatrice pour produire dans le future des intensités dans le régime relativiste. Dans ce projet, seront étudiés des aspects plus fondame...