FR2723269A1 - Procede de reglage d'alignement et de focalisation d'un laser de puissance a voie multiple et dispositif de mise en oeuvre - Google Patents

Abstract

II est proposé de prendre en compte le processus de l'alignement globalement, sur l'ensemble du trajet suivi par chaque faisceau et d'automatiser en parallèle les réglages d'alignement et de focalisation. Pour ce faire, la position des plans pupillaires et celle des trous de filtrage spatiaux est contrôlée et réglée parallèlement par conjugaison optique à partir de mêmes références tout au long des chaînes de propagation. Un réglage de l'alignement peut alors être obtenu en moins de 30 minutes.Afin d'illustrer le procédé de réglage d'alignement, la figure représente en coupe selon un plan vertical une cavité élémentaire d'amplification pour un faisceau laser.Cette cavité élémentaire comporte deux amplificateurs à disques rectangulaires pompés par flash, 241 et 242. Afin d'assurer quatre passages du faisceau incident Fi à travers les deux amplificateurs, il est prévu un miroir de renvoi M1 et des miroirs MT1, MT2 et M5.Afin de réaliser le réglage de la direction et de l'alignement pupillaire de chaque faisceau laser, il est prévu d'une part de contrôler, au moyen de capteurs à transfert de charges, dit capteurs CCD (B3), le centrage des trous de filtrage à la fréquence fondamentale omega et d'autre part de placer un réticule amovible R1 au centre d'un plan pupillaire de la section pilote.

Description

L'invention conceme le domaine des lasers de puissance utilisés par exemple pour l'étude de la physique des plasmas thermonucléaires. De tels plasmas sont obtenus en focalisant des faisceaux lasers sur le pourtour d'une cible disposée à l'intérieur d'un capsule située dans une cavité ou règne un vide poussé. Si les faisceaux lasers sont suffisamment énergétiques, ils induisent alors des ondes de compression qui compriment et chauffent la cible, constitués par exemple par un mélange de deutérium tritium, pour atteindre des températures de plusieurs millions de degrés et des pressions de plusieurs dizaines de mégabars. Dans ces conditions, l'étude de la fusion thermonucléaire et de la physique des plasmas (opacité et transfert radioradiatifs, stabilité hydrodynamique) est possible.

L'implosion de la cible peut être réalisée de différentes façons: par attaque directe, grace à une focalisation d'un ou de plusieurs faisceaux lasers en un ou plusieurs points déterminés de la cible, ou par attaque indirecte lorsque les faisceaux lasers sont convertis en rayonnement X par réflexions sur les parois de la cavité constituée par un matériau de numéro atomique élevé.

Afin d'obtenir de tels résultats, les lasers mis en oeuvre sont structurés de manière à pouvoir délivrer finalement, au niveau de la cible, une puissance de l'ordre de quelques centaines de kilojoules à quelques mégajoules avec des impulsions lasers très brèves, de l'ordre de quelques nanosecondes.

L'énergie obtenue au niveau de la cible étant délivrée par sommation des énergies émises par chacune des voies multiples du laser, le problème critique est celui de l'alignement de l'ensemble de ces voies pour pennettre le transfert de toute l'énergie disponible par focalisation sur la cible pendant la durée de l'impulsion. Ce problème est d'autant plus critique que le nombre de voies est nécessairement élevé, égal à 144 ou à 288 dans
L'exemple de réalisation décrit plus loin, pour atteindre les puissances visées.

Dans ce type de laser, l'élaboration de l'impulsion au niveau de la cible est obtenue à partir d'une impulsions pilote, générée par une source cohérente, qui traverse successivement différentes sections (salle pilote d'élaboration de faisceaux multiples à partir d'une source unique, hall de mise en forme spatio-temporel et d'amplification de ces faisceaux, salle d'expérience placée sous vide secondaire et contenant le module de focalisation et la chambre d'expérience enfermant la cible) reliées entre elles par des systèmes optiques de transport à fibre optique ou spéculaire pour former une channe de propagation laser.

Le trajet optique suivit par chacun des faisceaux le long de la chai ne entre la source cohérente et la cible peut dépasser 150 mètres. Pour mesurer toute l'importance de l'alignement des faisceaux, il suffit de retenir qu'un réglage correct de cet alignement n'autorise qu'une dispersion de ces faisceaux inférieure à 25 p autour du point d'impact prédéterminé dans une zone de 6XbssO mm2, après avoir traversé les différentes sections de la channe.

Le réglage de l'alignement des éléments constituant le trajet optique de chaque faisceau est rendu d'autant plus délicat que, pour améliorer l'homogénéité de l'énergie laser transportée, il est prévu la mise en place de filtrage spatial et de filtrage spectral réalisés à travers des trous de filtrage associés à des lentilles. De plus, afin d'augmenter le rapport d'énergie extraite sur l'énergie stockée dans les amplificateurs, il est prévu des passages multiples dans la section amplification. Cette techniques ainsi que d'autres destinées à améliorer le couplage optique ou augmenter l'énergie laser par unité de surface, (rencontre de faisceaux, diminution de la dimension des optiques éléments) accroissent encore la difficulté du réglage d'alignelznat évoqué.

Jusqu'à présent, de tels réglages sont effectués section par section et l'harmonisation entre les sections est effectuée en grande partie manuelrement. Une telle technique ne permet d'obtenir ~ qu'un fonctionnement du laser au coup par coup.

L'invention vise au contraire à permettre un fonctionnement reproductible d'un laser haute puissance avec une cadence suffisante, de l'ordre de plusieurs tirs par jour.

Pour atteindre cet objectif, il est proposé de prendre en compte le processus de l'alignement globalement, sur l'ensemble du trajet suivi par chaque faisceau et d'automatiser en parallèle les réglages d'alignement et de focalisation. Pour ce faire, la position des plans pupillaires et celle des trous de filtrage spatiaux est contrôlée et réglée parallèlement par conjugaison optique à partir de mêmes références tout au long des chaines de propagation. Un réglage de l'alignement peut alors être obtenu en moins de 30 minutes.

Plus précisément, I'invention a pour objet un procédé de réglage d'alignement et de focalisation d'un laser de puissance à voies multiples.

comportant au moins une salle pilote d'élaboration des impulsions laser et de séparation en faisceaux multiples, un hall de mise en forme spatial temporel, d'amplification et de filtrage spatial de ces impulsions contenant des cavités d'amplification communes à plusieurs voies1 et une chambre d'expérience contenant des modules de focalisation et de filtrage spectral, un module par voie pour focaliser les impulsions de chaque voie sur un point prédéterminé d'une cible, les différentes voies de propagation transportant chacune au moins un faisceau laser d'une section à l'autre par fibres optiques et par des ensembles spéculaires, caractérisé en ce qu'il consiste à détecter la position des images d'un réticule, placé dans un plan pupillaire de la section pilote, ces images étant situées dans différents plans pupillaires des cavités d'amplification et des ensembles de transport spéculaire, à détecter la position de trous excentrés du filtrage spatial et du filtrage spectral, et à corriger l'ensemble des positions détectées par rapport à des positions prédéterminées par déplacement asservi d'au moins un élément réfléchissant de chaque voie de propagation.

L'invention conceme également un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé, ce dispositif utilisant avantageusement des caméras et des détecteurs infrarouges de type CCD (dispositif à transfert de charges) et des écartomètres de position pour commander des servo rnécanismes de déplacement et d'orientation des miroirs et des supports de trou de chaque voie laser concernés.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture du mode de réalisation qui suit, accompagnés des figures annexées qui représentent respectivement:
- la figure 1, le schéma de la chaîne de traitement dans un exemple de réalisation d'un laser de puissance;
- la figure 2, la mise en oeuvre de l'invention dans les cavités d'amplification et de filtrage spatial de l'exemple de réalisation;
- la figure 3, la mise en oeuvre de l'invention dans le transport à miroirs de l'exemple de réalisation;
- la figure 4, la mise en oeuvre de l'invention dans le module de focalisation de l'exemple de réalisation de laser de puissance;
- les figures 5a et 5b, des moyens d'autocollimation pour vérifier la perpendicularité des cristaux de KDP dans le cas de la mise en oeuvre d'une conversion de fréquence.

La figure I représente le schéma d'un exemple de réalisation d'un laser haute puissance à 72 voies optiques, chaque voie optique définissant un trajet de propagation pour quatre faisceaux laser parallèles. Ces voies de propagation, créées dans une salle pilote 1, sont transportées dans différentes sections qui s'enchatnent successivement: une des 72 cavités d'amplification 24 d'un hall d'amplification 2, couplée à ltentrée d'un des modules de focalisation 40 par l'intermédiaire crun transport spéculaire 30 pour atteindre la chambre d'expérience 3 contenant la cavité 4 qui abrite la cible 5. Les modules 40 et la chambre 3 sont disposés dans une salle d'expérience 6, isolée par une sphère de béton de diamètre et d'épaisseur adaptés. La salle pilote 1 comporte une source cohérente primaire 10, constituée dans cet exemple de réalisation par un oscillateur YLF (grenat d'yttrium de lanthane fluoré) pompé par des diodes lasers, et qui émet des impulsions à une longueur d'onde de 1,053 pm. Afin d'éviter le phénomène de "specîlle", interférences entre ondes de même fréquence provoquées par réflexion sur les surfaces optiques jamais parfaitement lisses, l'impulsion primaire issue de la source cohérente 10 est émise à quatre longueurs d'onde différentes mais très proches, séparées de 0,5 nm. Pour obtenir ces quatre longueurs d'onde, I'impulsion traverse un doubleur de fréquence couplé à un Oscillateur Paramétrique Optique réglé selon un mode dégénéré adapté.

Pour chaque longueur d'onde, il est créé 72 faisceaux par séparation optique dans un séparateur Il. Ces 72 x 4 = 288 faisceaux sont injectés dans 288 fibres optiques multimodes 12. Ces fibres sont assemblées par groupe de quatre pour transporter quatre faisceaux lasers ayant quatre longueurs d'onde différentes, k1 à h4. Chaque groupe de quatre fibres optiques constitue une voie optique 13 qui définit ainsi un axe de propagation pour quatre faisceaux.

Chacune des 72 voies 13 est ensuite injectée dans le hall laser 2 où elles subissent différents traitements. D'abord une mise en forme temporelle par traversée d'un dispositif MEFT 21 comportant des cristaux de niobate de lithium LiNO3. La mise en forme temporelle permet d'obtenir une impulsion de durée environ égale à 3 ns à partir d'une impulsion primaire d'environ 15 ns. Ensuite, un préamplificateur régénératif 22 permet de foumir soit une impulsion de 10 mj à 10 Hz avant éclatement du faisceau de base en 288 faisceaux, ou bien 100 IJj à I Hz après éclatement. Cette préamplification est suivie d'une mise en forme spatiale par traversée de chaque faisceau dans une cellule à cristaux liquides MEFS 23. Cette mise en forme spatiale permet de compenser les variations de densité optique dues aux effet d'absorption de bord que va subir le faisceau tout au long du trajet optique.

La cellule à cristaux liquides, composée d'une mosaïque d'éléments commandés séparément, permet alors de renforcer la densité optique des bords du faisceau par rapport au centre dans un rapport de I à 5.

L'impulsion ainsi mise en forme et "cadencée", est ensuite amplifiée dans des amplificateurs monocoup comportant des disques de verre dopé au néodyme et pompés par flash. Une telle amplification permet d'obtenir un gain supérieur à 1000. L'injection des faisceaux dans l'amplificateur foumit ainsi environ 1 joule avec une impulsion toutes les 15 mn.

L'amplification est réalisée dans une cavité multipassage 24 de manière à permettre plusieurs passages de chaque faisceau laser, quatre passages dans l'exemple de mise en oeuvre décrit plus loin. Les cavités d'amplification 24 sont regroupées en 6 voies de propagation comportant chacune quatre faisceaux à quatre longueurs d'onde différentes; le hall laser contient ainsi 12 groupes de cavités définissant 12 chaines d'amplification. Chaque cavité d'amplification assure également un filtrage spatial par trous et lentilles associées et couplées optiquement aux disques d'amplification.

Au sortir du hall laser 2 les faisceaux lasers groupés par voie 13 pénètrent dans la salle expérimentale 6. Chaque voie 13 est conduite jusqu'à l'un des modules de focalisation 40 la chambre expérimentale 3, par un ensemble de transport spéculaire à miroirs de repli de faisceaux 30. La chambre expérimentale 3 contient 72 modules de focalisation réparties autour de la cavité 4 contenant la cible 5.

La salle expérimentale est entourée d'une sphère de protection en matériau arrêtant les émissions neutroniques. Les chambres expérimentales sont disposées dans un espace entouré également d'une sphère d'isolation, en aluminium épuré de sodium.

Les ensembles de transport 31 sont répartis de manière à organiser les 72 voies de faisceaux laser sur deux ensembles coniques, chacun de ces ensembles étant composé de 3 cônes concentriques sur lesquels sont régulièrement réparties les voies de propagation.

Avantageusement, chaque module de focalisation comporte également un système de conversion de fréquence et de filtrage spectral comportant des cristaux de KDP (phosphure deutéré de potassium) permettant de tripler la fréquence fondamentale de l'impulsion laser (en passant de 1,053 à 0,35 pm en longueur d'onde).

Afin d'illustrer en détails la première phase du procédé de réglage d'alignement selon invention, la figure 2 représente en coupe selon un plan vertical une cavité élémentaire d'amplification pour un faisceau laser. Cette cavité élémentaire est associée à 23 autres selon un empilement de 6x4 cavités élémentaires, pour constituer l'une des 12 cavités d'amplification du hall d'amplification.

Cette cavité élémentaire comporte deux amplificateurs à disques rectangulaires pompés par flash, 241 et 242. Afin d'assurer quatre passages du faisceau inddent Fi à travers les 2 amplificateurs, il est prévu un miroir de renvoi MI, situé derrière le second amplificateur 242 dans le sens de propagation du faisceau incident Fi, et des miroirs MTI, MT2 et MS définissant un trajet optique annexe pour réaliser un demi-tour au faisceau
Fi. Une cellule de Pockel 243 peut également être disposée sur ce trajet annexe afin de servir de "vanne anti-retour" par activation au moment du passage du faisceau.

Dans cette cavité élémentaire il est prévu également des lentilles LI,
L2 et L3, L4, pour réaliser des filtrages spatiaux à travers des trous de filtrage dassiquement percés dans des disques de diamant. Le filtrage spatial permet d'éliminer les "points brillants" dus aux fronts d'onde de fréquences spatiales plus élevées se propageant en périphérie.

Afin de tenir compte du quadruple passage du faisceau Fi, les trous de filtrage spatial sont situés en des points différents, respectivement Ul,
U2, U3, U4, entre les lentilles LI et L2 et T1, T2, T3, T4 situés dans un même plan, respectivement PI et P2, perpendiculaire à l'axe ZIZ commun aux amplificateurs alignés 241 et 242 et aux lentilles LI, L2 et L3. Les trous de filtrage sont ainsi désaxes par rapport à l'axe ZIZ. Sur la figure 2, le faisceau Fi est représenté par ses rayons extrêmes fléchés simplement pour les premier et deuxième passages, et doublement pour les troisième et quatrième passages.

Dans ces conditions, après injection grâce à des miroirs K1, K2 et Ml associés à la lentille convergente LI , le faisceau Fi passe successivement par le trou de filtrage T1, dans l'amplificateur 241, par le trou de filtrage Ul, puis dans l'amplificateur 242, avant d'être renvoyé à cet amplificateur par réflexion sur le miroir MI. Le faisceau Fi passe ensuite par le trou de filtrage
U2, puis à travers l'amplificateur 241, avant de converger par le trou de filtrage T2 situé dans le plan PI.

Au sortir du trou T2, le faisceau est réfléchi par le miroir MTI afin d'être injecté dans le trajet annexe de demi tour. Les trous de filtrage T3 et
U3 caractérise le troisième passage du faisceau Fi dans les amplificateurs.

Après renvoi sur le miroir Ml, le faisceau Fi entame son quatrième passage dans la cavité élémentaire d'amplification en passant par les trous de filtrage u4 et T4 avant de sortir de cette cavité par collimation à travers la lentille
L4, légèrement décentrée par rapport à l'axe ZZ.

Afin de réaliser le réglage de la direction et de l'alignement pupillaire de chaque faisceau laser, I'invention prévoit d'une part de contrôler le centrage des trous de filtrage à la fréquence fondamentale oe (correspondant à la longueur d'onde 1,053 IJm délivrée par l'oscillateur YLF utilisé dans cet exemple de réalisation), et d'autre part de placer un réticule amovible RI au centre d'un plan pupillaire de la section pilote. L'image du réticule est alors transportée sur les miroirs placés en faisceaux collimatés (M1 et M5).

L'image peut être détectée derrière ces miroirs à l'aide d'une caméra à capteur CCD grace aux fuites lumineuses qui s'échappent des miroirs. La position des images du réticule est alors comparée par écartométrie à la position théorique. L'écartométrie peut être réalisée par exemple à l'aide d'un écartomètre du type "à corrélation". La correction est alors effectuée par déplacement en rotation etlou en translation du miroir à partir de signaux de commande délivres par l'écartomètre à des servo-mecanismes de déplacement des miroirs. La correction peut être réalisée sur la succession des impulsions lasers jusqu'à l'obtention crune coïncidence exacte gérée par un algorithme adapté. Ceci requiert une résolution et une stabilité à court terme des miroirs correspondant à un mouvement de bord de quelques microns ce qui nécessite la mécanique de précision adéquate connue de l'homme de l'art.

Avantageusement, le centrage des trous de filtrage spatial à la fréquence pilote oe est réalisé également par détection, dans les plans de filtrage P1 et P2, de la position des points de focalisation obtenu dans ces plans à l'aide des lentilles de filtrage. Une écartométrie permet là encore de mesurer l'écart entre les positions des trous observées et leurs positions théoriques coïncident avec les points de focalisation.

Afin de réaliser pratiquement cette détection, il est possible de mettre en place un barillet B dans chaque plan de filtrage PI et P2, tel qu'illustré en médaillon sur la figure 2 dans le plan XX. Chaque barillet portant au moins une ou deux plaques B1, B2 de 4 trous de filtrage, une plaque B3 de deux mosaïques de capteur CCD disposés au voisinage des emplacements théoriques des trous et un passage libre B4. Le barillet est rendu mobile par motorisation d'une part selon les axes XX et YY, respectivement perpendiculaires à l'axe ZZ dans le plan de la figure et dans un plan perpendiculaire à la figure, et d'autre part en rotation dans le plan
XY où il peut être indexé dans des positions précises correspondant soit à l'emplacement des capteurs CCD pendant le réglage, soit au passage libre, soit à une plaque de trous choisie. Pendant le réglage, rimage observée par les détecteurs CCD est traitée par un écartomètre, par exemple un écartomètre de type "centroide", qui commande alors: soit le déplacement du barillet pour un centrage des trous sur les faisceaux: soit les miroirs d'injection K1, K2 ou les miroirs motorisés MI et M5, afin de corriger la direction du faisceau Fi jusqu'à ce que les trous de filtrage occupent leurs positions théoriques déterminées par un algorithme adapté.

Plus précisément, dans le cas de l'exemple de réalisation illustré, un processus de contrôle d'alignement possible consiste à centrer le passage du faisceau Fi dans chacun des trous de filtrage et à centrer chaque plan pupillaire. II peut être réalisé de la façon suivante.

En ce qui conceme le positionnement des trous de filtrage, la référence en direction du faisceau Fj est constituée par la lentille Li, le miroir
Ml et le premier trou de filtrage TI ; le faisceau Fi est tout d'abord centré sur le trou T1 en réglant l'orientation des miroirs d'injection K1 et K2 respectivement mobiles autour des axes XX et Y'Y ; le barillet disposé dans le plan PI est alors dans une position telle qu'un capteur CCD est disposé à la place du trou T1 pour permettre ce centrage; pour que le faisceau puisse passer ensuite par les trous U1, U2 et T2, il suffit de régler l'orientation du miroir M1 pour permettre de centrer le faisceau soit sur U2, dans un premier cas, soit sur T2 dans un second cas:
- dans le premier cas, la plaque des trous U7 à U4 disposée sur le barillet dans le plan P2 est préalablement mise en place et réglée en translation selon les axes XX et tY de façon à régler le passage du faisceau Fi par le trou U1 . Pour réaliser ce réglage, le barillet est déplacé en rotation de sorte qu'un détecteur CCD soit positionné à la place du trou Ul ; le miroir M1 est alors réglé par rotation autour des axes X'X et rY pour ajuster le passage du faisceau Fi par le trou U2 en visualisant le faisceau par le détecteur CCD place en U2, position obtenue par rotation du barillet; le faisceau Fi passant alors par T1, Ul et U2 passe nécessairement par T2 car le couple de trous U1, U2 a pour conjuguer le couple de trous T1, T2 à travers l'ensemble des lentilles L2 et L3;
- dans le second cas, le miroir M1 est orienté de telle sorte que le faisceau Fj après réflexion passe par le trou T2 en plaçant à la place de ce trou un capteur CCD du barillet situé dans le plan PI ; la plaque des trous U1 à U4 peut alors être positionnée en plaçant le détecteur CCD du barillet disposé dans le plan P2 au lieu et place des trous U1 ou U2, pour permettre le réglage de cette plaque en translation.

II est à remarquer que quelque soit I'excentrement des lentilles L1, 1-2 et L3 par rapport à raxe fixe ZZ des amplificateurs, la plaque des trous de filtrage Ul à W est toujours l'image de la plaque des trous de filtrage T1 à T4 par l'ensemble optique des lentilles L2 et L3, et qu'il existe toujours une orientation possible du miroir MI pour permettre au faisceau Fi de passer par le trou U2 après être passé par le trou U1. De plus, le miroir M1 étant placé au foyer de la lentille LI, la direction moyenne du faisceau Fl sortant de la cavité par le trou T4 est parallèle à la direction moyenne du faisceau F entrant dans la cavité par le trou TI.

En ce qui conceme le centrage du faisceau dans chaque plan pupillaire, la référence en direction est constituée par le réticule RI disposé dans la section pilote1 et généré par exemple par des cellules à cristaux liquides1 et par un réticule C1 fixé de manière centrée à l'arrière du miroir MI. Le réglage est effectué en amenant l'image du réticule R1 sur le réticule
CI par translation du faisceau Fj soit la lentille d'injection Ll grâce à une translation combinée des 2 miroirs d'injection K1 et K2, selon l'axe Z'Z pour l'un de ces miroirs et selon l'axe rY pour l'autre. Ces translations peuvent être commandées par détection de la coïncidence des images des réticules
RI et C1 dans le plan d'un détecteur CCD d'une caméra infrarouge, placée derrière le miroir Ml. Dans ces conditions, la position de l'image de la pupille de référence, matérialisée par l'image du réticule R1, est réglée sans que le passage du faisceau Fi par les différents trous de filtrage en soit affecté.

Il est procédé ensuite de la même façon pour le réglage de la direction du faisceau laser Fi et celle de l'alignement pupillaire dans le trajet annexe permettant à ce faisceau de doubler son passage dans la cavité d'amplification: d'une part le passage du faisceau par le centre du trou T3, une fois le demi-tour effectué, est réglé par orientation du miroir M5 autour des axes XX et tY, par détection du faisceau sur un capteur CCD placé au lieu et place du trou T3 (par rotation du barillet situé dans le plan P1); d'autre part un réticule de référence pupillaire C5 étant fixé sur l'arrière du miroir M5, L'image du réticule RI est amenée en coîncidence avec C5 par réglage en rotation du miroir de renvoi MT2 du trajet annexe selon les axes > CX et YY, ce réglage étant commandé à partir d'une visualisation réalisée par une caméra infrarouge à détecteur CCD disposée derrière le miroir M5.

Le réglage directionnel réalisé permet de faire passer le faisceau Fj à travers les trous T1, Ul, U2, T2, T3. Compte tenu de la symétrie de la position des trous de filtrage spatial et de leur conjugaison optique, le faisceau Fi passe nécessairement ensuite par les trous U3, U4 et T4 lors des troisième et quatrième passages dans la cavité d'amplification.

La direction du faisceau Fi en sortie de cavité après collimation par la lentille L4 est définie par la droite joignant le trou T4 au centre optique de cette lentille L4. L'ensemble des miroirs de transport, illustré à la figure 3, permet alors au faisceau sortant de la cavité d'amplification 24 de se propager dans la salle d'expérience 6 jusqu'à la chambre d'expérience 3.

Dans l'exemple de mise en oeuvre illustré, cet ensemble de transport se compose de quatre groupes de miroirs M6i, M7j, M8i et M9i, i variant de 1 à 4 vus en coupe sur la figure 3. Les quatre miroirs de chacun des groupes M6j, M7j, M8i ou M91 sont disposés en damier dans un meme plan. Les faisceaux Fi sont, là encore, associés parallèlement par quatre pour former une voie de propagation, si bien que 72 voies sont réparties dans la salle d'expérience pour aboutir, selon la répartition conique décrite plus haut, à la chambre d'expérience. L'axe optique moyen Z'1Z1 de chaque faisceau Fj passe par A6, A7, A8 et A9, points d'impact sur les miroirs M6i à M91 correspondant
Afin de régler l'alignement des miroirs de transport il est procédé à une coincidence pupillaire, similaire à celle décrite précédemment pour la cavité élémentaire d'amplification. L'image du réticule de référence pupillaire
RI est mise en coïncidence avec un réticule C9 placé à l'arrière du demier miroir de transport M9j, cette coïncidence est réalisée par réglage en orientation du premier miroir de transport M6 autour de deux axes X'1X1 et velyl orthogonaux et situés dans un plan perpendiculaire à I'axe de propagation Z1Z1 du faisceau Fl sortant de la cavité d'amplification.

Dans le cas de l'exemple de mise en oeuvre illustré, le passage du faisceau dans chacun des trous de filtrage et son centrage dans chaque plan pupillaire peut être réalisé selon une mise en oeuvre similaire à celle déjà décrite. Une caméra infrarouge à détecteur CCD est disposée derrière le miroir M9 pour visualiser les images des réticules R1 et C9 et commander la position du miroir M6 jusqu'à ce que ces deux images coïncident. Le véritable plan pupillaire de cet ensemble de transport se situe au niveau des cristaux KDP 100 du module de focalisation et de conversion de fréquence, vers lequel se dirige le faisceau laser pour sortie de l'e

Le demier miroir de transport M9 est réglable selon les axes X1X1 et t1Y1 afin de diriger le faisceau Fi sur le point prédéterminé de la cible.

Le réglage de l'alignement de chacun des faisceaux appartenant à une même voie de propagation sur le point prédéterminé de la cible est effectué à la fréquence fondamentale a > . En effet la génération de faisceaux à la fréquence 30 avec un niveau sl-ffisant nécessite une préamplification du laser pilote et ne peut plus être réalisée à cadence élevée (par exemple 1 tir laser ne peut être alors effectué que toutes les 15 mn par faisceau).

L'opération de réglage de la focalisation se fait donc avantageusement à la fréquence oe.

Le procédé de focalisation selon l'invention prévoit d'abord le positionnement de la combinaison optique de focalisation de chaque voie, de façon à faire converger les faisceaux de cette voie vers le point d'impact prédéterminé de la cible. Le réglage fin se fait ensuite avec une orientation des miroirs M91 de sortie de l'ensemble de transport de la voie de propagation, à I'aide d'un détecteur CCD place au foyer de l'optique de focalisation, foyer qui coïncide avec le point d'impact prédéterminé.

Dans le cadre de l'exemple de réalisation mis en oeuvre, tel qu'illustré par la figure 4, la focalisation est combinée à une conversion de fréquence dans chaque module de focalisation 40. La conversion de fréquence, réalisée par la traversée de cristaux de KDP 100 orientés correctement, permet le passage de la fréquence fondamentale aD à la fréquence triple 30 > .

La polarisation des faisceaux étant critique sur le rendement de focalisation, il est prévu un filtrage spectral des faisceaux réalisé par un trou de filtrage entre la lentille d'entrée LE et la lentille de sortie LS du module de focalisation. S'agissant de focaliser quatre faisceaux par module, la lentille d'entrée LE est composée de 4 lentilles prismatiques, découpées initialement dans un même substrat, et positionnées hors de l'axe Z1'Z1 du module de focalisation (confondu avec l'axe de la voie de propagation après réflexion sur les miroirs M9). Les 4 lentilles prismatiques LE focalisent les 4 faisceaux Fi dans le trou de filtrage spectral unique Fa >
La lentille de sortie 4 commune aux 4 faisceaux qui la traversent selon des zones disjointes, sert d'interface entre le module de focalisation et la cavité où se trouve la cible. Deux vides différents, séparés par une membrane, règnent de chaque côté de cette lentille Ls.

Appliqué à l'exemple de réalisation illustrée, le réglage de l'alignement des faisceaux du module de focalisation est réalisé par un réglage des positions des lentilles LE et LS à l'aide du détecteur CCD précédent, placé au foyer Ca > pour la fréquence o, point conjugué du point de focalisation à la fréquence 30 > coïncidant avec la position de la cible. Les 4 miroirs M9i sont alors réglés en position pour que les 4 taches de focalisation des 4 faisceaux Fi soient confondues et centrées sur le point Ca >
La position du trou de filtrage Fa > est ensuite déterminé à l'aide d'une caméra infrarouge à détecteur CCD, par coincidence avec la position du foyer Coe déterminée par visualisation de la trace minimale du faisceau laser.

Le trou de filtrage est alors translaté pour être amené à sa position finale pour un tir de fréquence égale à 30, sachant que le point de focalisation à la fréquence # est situé à une distance d'environ à 40 cm plus éloignée de la lentille de sortie L5 que le point de focalisation à la fréquence 3zD. Des tirs "de caustique" sont effectués de façon de connaître avec précision cette distance pour chacune des voies à aligner.

Afin d'obtenir une conversion de fréquence avec un bon rendement, il est prévu d'autre part de vérifier la perpendicularité des cristaux KDP par autocollimation à la fréquence #. Cette autocollimation, illustrée par les figures 5a et 5b, utilise une détection par caméra infrarouge placée avantageusement à proximité du demier trou T4 du filtrage spatial de la cavité élémentaire d'amplification entre le trou T4 et la lentille de sortie L4 de la cavités.

En mode de référence, illustré à la figure 5a , le faisceau Fi est focalisé par interposition d'un miroir semi transparent MT sur l'axe de propagation Z1 Z1 associé à un miroir sphérique Ms Après réflexion sur les miroirs MT et Ms, puis transmission à travers le miroir Ms un point de focalisation servant de référence est localisé à l'aide de la caméra infrarouge Ka.

En mode de réglage, un diaphragme D permet de supprimer la réflexion sur le miroir sphérique Ms. La face aval des cristaux de KDP est rendue légèrement réfléchissante à la fréquence oe, de sorte que le faisceau, matérialisé par un double fléchage, retraverse la lentille L4 et vient se réfléchir sur le miroir MT pour focaliser en un point proche du point de focalisation de référence. Le réglage de la perpendicularité des cristaux de
KDP est obtenu lorsque les images des points de focalisation se superposent sur l'écran de visualisation de la caméra infrarouge, correspondant à une orientation correcte des cristaux de KDP selon les axes XIX et YwY. Les cristaux de KDP sont alors basculés d'un angle théorique connu pour pouvoir générer la fréquence 3#.

La génération de faisceaux à la fréquence 30 avec un niveau suffisant nécessite une préamplification du laser pilote et ne peut plus être réalisée à cadence élevée (par exemple 1 tir laser ne peut être alors effectué que toutes les 15 mn par faisceau). L'opération de réglage de la focalisation se fait donc avantageusement à la fréquence a > en tenant compte simplement des différences de distance focale des 2 dernières lentilles LE et LS aux fréquences am et 30 > . Une simple vérification en monocoup par voie à 3so peut alors être effectuée en plaçant un capteur au point 3zD.

Une seule caméra infrarouge à détecteur CCD peut être utilisée successivement sur chacune des voies de propagation à la cadence du tir laser. Le point de focalisation à la fréquence 30 > étant prédéterminé, les points de focalisation à la fréquence a > se situent sur une sphère centrée sur le point de focalisation à la fréquence 30 > . La caméra infrarouge utilisée peut être motorisée de manière à pouvoir se déplacer sur la calotte sphérique où se trouve l'ensemble des points de focalisation à la fréquence ao. La position de ces foyers se déduit de celle des différents faisceaux situés des 2 ensembles opposés déjà évoqués, localisés de part et d'autre de la cavité expérimentale1 et composés des trois nappes coniques concentriques à la périphérie desquelles se trouvent les faisceaux.

L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et illustrés. II est par exemple avantageux de mettre en place une unité centrale de gestion pour regrouper l'ensemble des algorithmes de positionnement et de réglage des différentes sections. II est par ailleurs avantageux de préserver les caméras infrarouges utilisées en mettant en oeuvre tout système de protection efficace et adapté par l'homme de l'art

Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Procédé de réglage d'alignement et de focalisation d'un laser de puissance à voies multiples (13), comportant au moins une salle pilote (1) d'élaboration des impulsions laser et de séparation en faisceaux multiples (Fi), un hall (2) de mise en forme spatio-temporel (21, 23), d'amplification et de filtrage spatial de ces impulsions contenant des cavités d'amplification (24) communes à plusieurs voies, et une chambre d'expérience (3) contenant des modules de focalisation et de filtrage spectral (40), un module par voie (13) pour focaliser les impulsions de chaque voie sur un point prédéterminé d'une cible (5), les différentes voies de propagation (13) transportant chacune au moins un faisceau laser d'une section à l'autre par fibres optiques (12) et par des ensembles spéculaires (30), caractérisé en ce qu'il consiste à détecter la position des images d'un réticule (RI), placé dans un plan pupillaire de la section pilote, ces images étant situées dans différents plans pupillaires des cavités d'amplification (24) et des ensembles de transport spéculaire (30), à détecter la position de trous excentrés (T1 à

T4; U1 à U4; c Fa > ) du filtrage spatial et du filtrage spectral, et à corriger l'ensemble des positions détectées par rapport à des positions prédéterminées par déplacement asservi d'au moins un élément réfléchissant (Ml, M5, M6j, M9i, 100) de chaque voie de propagation.

2. Procédé de réglage selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le faisceau laser (Fi) étant injecté dans la cavité d'amplification (24) par des miroirs mobiles (K1, K2) pour passer par un premier trou de filtrage (T1), le réglage de la position de deux séries de trous de filtrage (U1 à U4; TI à

T4), correspondant à quatre passages du faisceau laser (Fi) dans la cavité damplification (24) comportant deux amplificateurs (241, 242) et au moins un miroir de renvoi MI, M5), consiste à régler la position d'un premier trou de filtrage (T1) de la première série par une orientation du miroir de renvoi (M1) telle que le faisceau soit centré après réflexion sur un trou de filtrage (U2 ; T2) de l'une des deux séries de trous de filtrage.

3. Procédé de réglage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le centrage du faisceau laser (Fi) par détection de pupille dans la cavité d'amplification (24) consiste à générer un réticule (R1) dans un plan pupillaire de la section pilote (1) et un réticule (C1) à l'arrière du miroir de renvoi (Ml, M5), à détecter la coïncidence entre l'image du premier réticule (R1) et le seconde réticule (cri) et à orienter les miroirs d'injection (K1, K2) en fonction de la détection.

4. Procédé de réglage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réglage de focalisation de chaque voie de propagation (13) est réalisée par déplacement de la position de la combinaison optique (LE, Ls) de chaque module de focalisation (40) en fonction de la détection de la position du point de focalisation (40) et de son écart au point d'impact prédéterminé sur la cible (5), puis par orientation des miroirs de sortie (M9) de l'ensemble de transport (30) par détection au point de focalisation (cas) des quatre faisceaux (Fi) de la voie de propagation (13).

5. Procédé de réglage selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque trou de filtrage spectral (Fa > ) de chaque module de focalisation (40) est positionné par détection de la trace des faisceaux laser se propageant dans ce module.

6. Procédé de réglage selon la revendication 1, caractérisé en ce que, les modules de focalisation (40) servant également de conversion de fréquence par traversée de cristaux (100) indinés de manière adaptée sur l'axe optique (Z'1Z1) de la voie de propagation, la position de ces cristaux (100) est réglée par autocollimation à l'aide de moyens de détection (Ka,

MS, lTT) disposés à proximité de la lentille de sortie (L4) chaque cavité élémentaire d'amplification de faisceaux renvoyés par la surface d'entrée des cristaux (100) rendue réfléchissante.

7. Procédé de réglage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le point de focalisation à la fréquence de fonctionnement étant prédéterminé, les points de focalisation (cor) à la fréquence de base de la source cohérente se situent sur une sphère de focalisation centrée sur le point de focalisation à la fréquence de fonctionnement et leur position est corrigée par détection et déplacement pour asservissement d'au moins un élément optique de chaque voie (M9, LE, LS).

8. Dispositif de mise en oeuvre du procédé de réglage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la détection de la coïncidence des images du réticule pilote (R1) et des réticules (C1, C5, C9) placés dans différents plans pupillaires situés à proximité de miroirs (Ml, M5, M9) de différentes sections est réalisée à l'aide de caméras à détecteur CCD placées derrière les miroirs de manière à détecter les fuites lumineuses, et en ce que la détection des trous de filtrage (U1 à U4; T1 à T4; E Fa > ) est réalisée à l'aide de détecteurs CCD associés à une électronique de proximité.

9. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour régler la position des trous de filtrage spatial (U1 à U4; TI à T4) les détecteurs CCD sont placés sur des barillets (B) portant également au moins une plaque de trous de filtrage prépositionnés, les barillets (B) étant disposés dans des plans (P1, P2) perpendiculaire à l'axe moyen de propagation (ZZ) des faisceaux dans chaque cavité de filtrage élémentaire et étant mobiles en rotation dans ces plans (P1, P2) et en translation sur deux axes (X,X, rY) de ces plans.

10. Dispositif de mise en oeuvre selon la revendication 5, caractérisé en ce que, la lentille d'entrée (LE) de chaque module de focalisation (40) est composée de 4 lentilles prismatiques découpées dans un meme substrat pour focaliser les 4 faisceaux (Fi) dans le trou de filtrage spectral unique (Foe).

Dispositif de mise en oeuvre selon la revendication 7, caractérisé en ce que, les points de focalisation à la fréquence de base oe sont détectés successivement par une caméra à détecteur CCD motorisée sur la sphère de focalisation.

12. Dispositif de mise en oeuvre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mise en forme spatiale est réalisée par une mosaïque de cristaux dont chaque élément est commandé indépendamment afin de provoquer une compensation prévisionnelle de la variation axiale de la densité optique provoquée par les effets de bord des optiques traversées.