CLIO (« Centre Laser Infrarouge d’Orsay ») est un centre serveur infrarouge basé sur un laser à électrons libres (LEL). Il a été construit au LURE entre 1988 et 1991, en collaboration avec le LAL, et fait partie de l’ICP depuis 2005. Il comprend un accélérateur linéaire produisant un faisceau d’énergie 10 à 45 MeV et une partie optique produisant un LEL accordable entre 3 et 150 μm. Ses propriétés sont résumées dans la figure ci-dessous. Le LEL est continûment accordable à une énergie donnée des électrons. Le changement d’énergie prend environ 1 heure. De plus CLIO possède la spécificité de pouvoir produire 2 couleurs simultanées entre 4 et 40 μm avec un écart entre les deux allant jusqu’à 60 %.
Les performances de CLIO ont été améliorées depuis sa construction. Des modifications de la machine ont permis d’abaisser l’énergie de travail jusqu’à environ 10 MeV, ce qui est nécessaire pour atteindre les grandes longueurs d’onde. La chambre à vide de l’onduleur a été changée en conséquence, minimisant les pertes par diffraction , et sa structure a été étudiée de manière à ce qu’il puisse fonctionner en guide d’onde dans l’infrarouge lointain ( > 50 μm). L’onduleur a été modifié : sa période a été refaite passant de 40 à 50 mm afin de conserver la même accordabilité à une énergie donnée. Toutes ces modifications ont permis que la longueur d’onde maximale du LEL CLIO passe de 17 à 150 μm depuis son achèvement.
Les éléments constitutifs de l’accélérateur linéaire de CLIO sont :
- le klystron amplifie l’onde radiofréquence (RF) qui accélère les électrons ;
- les cavités radiofréquence contiennent le champ électrique de l’onde RF qui accélère le faisceau de particules. Une partie de l’énergie de l’onde RF est transmise aux particules ;
- la chambre à vide, tube dans lequel circule le faisceau de particules, est placée sous un vide très poussé afin de réduire la quantité de particules présentes et ainsi éviter des collisions entre les molécules et les particules du faisceau ;
- les aimants, qui sont de plusieurs types et remplissent des fonctions différentes. Les aimants dipolaires sont utilisés pour courber la trajectoire du faisceau d’électrons. Les aimants quadripolaires sont utilisés pour focaliser le faisceau d’électrons, tout comme des lentilles cylindriques servent à focaliser un faisceau de lumière.
caractéristiques de l’accélérateur
1) Eléments :
- canon thermo-ionique
- prégroupeur de 500 MHz
- groupeur de 3 GHz
- section accélératrice de 3 GHz
2) Spécifications :
| Energie à vide | 45 MeV |
| Energie en charge | 41 Mev |
| Energie minimale | 10 MeV |
| Courant moyen maximal dans la macro impulsion | 80 mA |
| Durée de la macro impulsion | 10 µs |
| Courant crête dans la micro impulsion | 50 à 100 A |
| Durée de la micro impulsion | 10 à 15 ps |
| Période de répétition des micro paquets | 16 ns |
| Dispersion totale en énergie | ≤ 1% |
| Emittance normalisée nominale (90% particules) | ≤ 200 π mm.mrad |
| Courant moyen maximal | 50 µA |
| Puissance moyenne maximale dans le faisceau | 2,2 kW |
| Groupeur subharmonique | 500 MHz |
| Nombre de section accélératrice | 1 |
| Mode | ondes progressives |
| Longueur de l’instrument scientifique | 22 m |
3)caractéristiques de l’onduleur
| Longueur de la cavité optique | 4,8 m |
| Type | confocal |
| Miroirs | métalliques |
| Extraction | miroir percé |
| Nombre d’onduleurs | 1 double |
| Longueur | 2 m |
| Période | 50 mm |
| Type | aimants SmCo5 sans fer |
| Entrefer minimal | 17 mm |
| Dimension de la chambre à vide (rectangulaire) | 15.8 x 34.85 mm |
4)Spécifications du faisceau laser
| Limite inférieure du domaine spectral | 5 ± 1 μm |
| Limite supérieure du domaine spectral | 150 μm |
| Largeur spectrale Δλ / λ | 1 % |
| Durée des micro impulsions | 1 à 10 ps |
| Puissance crête | 1 MW à 1 GW |
| Période de répétition des micro paquets | 16 ns |
| Energie maximale dans la micro impulsion | 100 μJ |
| Durée de la macro impulsion | 10 μs |
| Puissance crête/macro impulsion | 6 kW |
| Taux de répétition/macro impulsion | 25 Hz |
| Energie maximale dans la macro impulsion | 0.1 J |
| Puissance moyenne maximale à 25Hz | 2 W |