GRAND PROJET
Apollon: une infrastructure de pointe pour explorer la physique de l ' extrême
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Dimitrios PAPADOPOULOS, Julien PRUDENT, Mathieu DUMERGUE, François MATHIEU *
Laboratoire pour l’ Utilisation des Lasers Intenses, CNRS, Ecole Polytechnique, Palaiseau, France * francois. mathieu @ polytechnique. edu
https:// doi. org / 10.1051 / photon / 202513518
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Apollon est une infrastructure laser d’ Ultra-Haute Intensité fournissant des impulsions multi-PW pour la recherche en interaction laser-matière et physique des plasmas. Ouverte aux utilisateurs depuis 2021, elle comporte deux zones: SFA pour les interactions à très haute intensité et l’ accélération d’ ions, et LFA pour l’ accélération d’ électrons. Apollon a déjà dépassé 10 ²² W / cm ² et poursuit sa montée en puissance vers de nouveaux régimes QED.
Du projet à la réalité
Le projet Apollon est né il y a une vingtaine d ' années d ' une ambition hors-norme: concevoir l ' installation laser 10 PW de nouvelle génération. Les performances visées tenaient alors de la prospective: une puissance crête de 10.10 15 PW, correspondant à 150 Joules( J) d ' énergie dans une impulsion de 15 femtosecondes( fs), focalisée sur quelques micromètres pour atteindre des intensités de 5 × 10 ²² W / cm ² ou plus, avec une cadence d ' un tir par minute. Au début des années 2000, de telles performances étaient tout simplement inatteignables au vu de l ' état de l ' art technologique. Apollon a donc dû jouer un rôle de précurseur, orchestrant les efforts conjoints de laboratoires de recherche et de partenaires industriels clés.
Une décennie de R & D intense a été nécessaire. Cet effort a permis de développer des sources laser innovantes, comme les injecteurs à très haute-fiabilité garantissant un contraste temporel extrême. De nouveaux traitements de surface pour des miroirs à seuil de dommage élevé, capables de transporter ces puissances crêtes, ont été conçus et testés. Enfin, la R & D a permis la production de cristaux de saphir dopé au titane( Ti: Sa) de taille et de qualité optique sans précédent, autorisant une amplification d ' un ordre de grandeur supérieur à ce qui se faisait alors. En 2015, l ' équipe Apollon a pris possession de son bâtiment, la partie nord du bunker scientifique de l ' ancien Accélérateur Linéaire de Saclay( ALS), situé dans le centre du CEA de l ' Orme des Merisiers à Saint- Aubin( 91190), à côté du synchrotron
SOLEIL. Après des aménagements majeurs, l ' installation dispose de plus de 2000 m ²: 700 m ² pour le système laser, 500 m ² pour les deux zones expérimentales, ainsi que des espaces dédiés aux équipes de soutien technique et scientifique. Le système laser débute par un « Front-End » de pointe, fournissant des impulsions à large bande spectrale( supportant des durées < 10 fs) avec un contraste temporel extrême, dépassant 10 ¹ ⁴ au-delà de 50-60 ps( Figure 1a). Ces impulsions sont étirées temporellement dans un étireur Offner à faible aberration, avant d ' entrer dans la chaîne d ' amplification. Celle-ci comprend cinq amplificateurs Ti: Sa " quatre-passages " qui portent l ' énergie de 10 mJ à près de 300 J, tout en élargissant le diamètre du faisceau de 5 mm à 140 mm. Ces amplificateurs sont pompés par des lasers dédiés,
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