Centre Etudes Nucléaires de Bordeaux Gradignan

Les faisceaux laser impulsionnels sont caractérisés par deux paramètres fondamentaux : leur énergie et la durée de leurs impulsions. Du fait du seuil d’endommagement des instruments optiques, les installations laser effectuent un compromis entre ces deux paramètres, ce qui permet de différencier deux grandes familles de faisceaux laser :

• les faisceaux de très haute énergie, pouvant atteindre le mégajoule, et d’impulsions dites longues, supérieures à la ns ;
• les faisceaux de très courtes impulsions, pouvant descendre jusqu’à quelques fs, et d’énergie de l’ordre du J ou du mJ.

Intensité sur cible

La taille de la tache focale (illustration ci-contre) sur laquelle la totalité de l’énergie contenue dans une impulsion est focalisée permet de définir l’intensité laser disponible sur cible :

I{\rm [W.cm}^{-2}]=\frac{E{\rm [J]}}{\tau{\rm [s]} S{\rm [cm}^2]}

La physique nucléaire liée aux lasers de haute et très haute intensité dépend de la valeur de l’intensité disponible :

1. Intensités supérieures à 10¹⁸ W.cm^-2 : laser de courtes et très courtes durées (ps, fs), focalisés sur des taches focales de diamètres inférieurs ou de l’ordre de la dizaine de μm, ces intensités permettent la production, directe ou indirecte, et l’accélération de faisceaux de particules par interaction avec des cibles solides ou liquides ;
2. Intensités de l’ordre de 10¹⁴ W.cm^-2 : laser de durées plus longues (ns), ayant des énergies supérieures à la centaine de J, et focalisé sur des taches focales étendues (100μm), ces intensités permettent de créer de grands volumes de matière à l’état de plasma. Les propriétés nucléaires de la matière sont affectées dans un tel environnement, et les prédictions théoriques de ces modifications restent à valider et à quantifier expérimentalement.

Contraste

La figure ci-contre montre un exemple de profil temporel d’une impulsion laser ultra-brève, normalisée à une intensité maximale égale à 1. Une rampe en intensité précède l’arrivée de l’impulsion principale : c’est l’amplification de l’émission spontanée (ASE). En supposant que l’intensité maximale atteint 10¹⁸ W.cm^-2, le rapport entre ce maximum et le maximum de la rampe étant de 10^-4, on constate dans cet exemple qu’une intensité de 10¹⁴ W.cm^-2 atteint la cible avant l’impulsion principale. Cette intensité est suffisante pour ioniser la surface de la cible, et provoque son expansion. Un milieu sous-dense constitué d’un mélange d’électrons et d’ions est ainsi formé à la surface de la cible, et c’est avec ce préplasma que l’impulsion principale interagit effectivement.