Index-leveling for forced-flow turbulent face-cooling of laser amplifiers - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Optics Letters Année : 2022

Index-leveling for forced-flow turbulent face-cooling of laser amplifiers

Nivellement d’indice pour le refroidissement facial d’amplificateurs laser en régime d’écoulement turbulent

Résumé

Direct laser slab face-cooling by a fluid crossing the main and pump laser beams is an important method to reach high average laser powers. However, the flow regime is usually maintained at low Reynolds numbers, to prevent the onset of turbulence features in the flow, that would degrade wavefront quality. We show here how bringing the fluid temperature to the thermooptical null point, close to the water/ice transition in the case of water, allows one to mitigate the optical consequences of hydrodynamic instabilities, by bleaching optically the temperature inhomogeneities within the flow. This optical process, dubbed index-leveling, opens the door to a highly efficient forced-flow, weakly turbulent face-cooling regime that should be instrumental to boost the kilowatt capabilities of next generation highpower lasers.
Le refroidissement direct par les faces d’un disque laser, par le biais d’un fluide réfrigérant traversé à la fois par le laser principal et les faisceaux de pompe, est une technique en plein essor pour atteindre des puissances moyenne laser élevées. Cependant, le régime d’écoulement est habituellement maintenu à un nombre de Reynolds bas, afin de prévenir l’apparition de turbulences au sein de l’écoulement, qui dégraderaient la qualité du front d’onde. Nous montrons ici qu’amener la température du fluide réfrigérant à un point thermo-optique nul, qui se trouve être proche de la transi- tion glace/liquide pour l’eau, permet d’atténuer les conséquences optiques des instabilités hydrodynamiques, en blanchissant optiquement les inhomogénéités de température au sein de l’écoulement. Ce processus optique, que nous appelons nivellement d’indice, ouvre la voie à un régime de refroidissement par les faces hautement efficace, dans un régime de refroidissement forcé et faiblement turbulent, qui pourrait jouer un rôle essentiel pour accroître les puissances moyennes des systèmes laser kilowatt de nouvelle génération.
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Dates et versions

hal-03682017 , version 1 (07-06-2022)

Identifiants

Citer

Denis Marion, Philippe Balcou, Christophe Féral, Antoine Rohm, Jérôme Lhermite. Index-leveling for forced-flow turbulent face-cooling of laser amplifiers. Optics Letters, 2022, 47 (11), pp.2850. ⟨10.1364/OL.455616⟩. ⟨hal-03682017⟩

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