Impact of SiO2/HfO2 coatings physicochemical properties on optical performances and aging of high power lasers components
Impact des propriétés physico-chimiques des revêtements SiO2/HfO2 sur les performances optiques et le vieillissement des composants des lasers de puissance
Résumé
The Mégajoule Laser is a french high-power laser facility designed to simulate fusion reactions in compliance with CTBT treaty of 1996, which forbids nuclear tests. The reaction is triggered by laser inertial confinement, requiring the amplification of laser beams up to 1.3 MJ on deuterium-tritium target in the UV. An aging phenomenon impacts the polarizer components, making them obsolete over several years and leading to a loss of laser transmission. To evaluate the causes, hafnia and silica coatings were deposited by evaporation with and without plasma-assistance, resulting in coatings that are respectively sensitive and insensitive to moisture. Studies have highlighted a spectral shift of the optical performance of the components at years scale, attributed to changes of the silica layers structure. The proposed model suggests that the coating properties are altered by the diffusion of water and the hydrolysis of silica. The denser and less moisture-sensitive layers present a slower aging of properties. To overcome these instabilities, the best possible solution found is to perform a hydrothermal treatment during the manufacturing process which accelerates aging phenomena and stabilizes the components before use.
Le laser Mégajoule est une installation laser de puissance conçue pour simuler la réaction de fusion en conformité avec le traité TICE de 1996 qui stipule l’arrêt des essais nucléaires. Le déclenchement la réaction est effectué par confinement inertiel laser, nécessitant d’amplifier les faisceaux pour atteindre 1,3 MJ dans l’UV sur la cible de deutérium-tritium. Un phénomène de vieillissement des polariseurs rend les composants obsolètes à l’échelle de plusieurs années, induisant une perte de transmission des lasers. Pour en évaluer les causes, des revêtements ont été fabriqués à partir de silice et de dioxyde d’hafnium par évaporation avec et sans assistance plasma. Ces techniques de dépôt aboutissent à des couches respectivement sensibles et insensibles à l’humidité. Les études menées mettent en évidence un phénomène de décalage spectral des performances optiques des composants à l’échelle de plusieurs années, attribué à la modification de la structure des couches de silice du polariseur. Le modèle proposé suggère une modification des propriétés des revêtements par diffusion d’eau et hydrolyse des couches de silice. Les couches denses et peu sensibles à l’humidité ralentissent la modification de la structure de silice. Pour s’affranchir de ces instabilités la meilleure solution envisagée est d’effectuer un traitement hydrothermique lors du procédé de fabrication pour accélérer les phénomènes de vieillissement et stabiliser les composants avant usage.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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