A new double laser pulse pumping scheme for transient collisionally excited plasma soft X-ray lasers

par Daniel Zimmer

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Thomas Kühl et de David Ros.

Soutenue en 2010

à l'Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) en cotutelle avec l'Universität in Mainz .

  • Titre traduit

    Nouveau schéma de pompage d’excitation en double impulsion pour des lasers x transitoires collisionnels


  • Résumé

    Cette thèse présente le développement, la caractérisation et l'utilisation d'un laser à rayons X à plasma pompé en régime transitoire collisionnel dans un nouveau schéma en double impulsion. Dans ces conditions, des photons de ~ 50 à ~ 200 électronvolt ont été produits grâce à l'implantation d'un interféromètre de type Mach Zehnder dans la chaine laser infrarouge de type CPA ("chirped pulse amplification") qui sert à générer le laser X. Ce montage permet de contrôler totalement et donc de faire varier la durée, la balance d'énergie et le délai des deux impulsions nécessaires d'une part à la création d'un plasma d'ions multichargés et d'autre part au chauffage des électrons qui viennent pomper par collision l'inversion de population. Nous avons donc pu expérimentalement optimiser ces deux paramètres pour la génération d'un laser X. Ce montage de doubles impulsions réglables a également permis de mesurer l'intégrale B d'un système laser CPA entre 0,1 et 1,5 radians, ce qui est une technique prometteuse pour caractériser l'amplitude des effets non linéaires sur les chaines de puissance. L'intérêt de la configuration en double impulsion permise par l'implantation du Mach Zehnder est tout d'abord un montage expérimental très simplifié car il se réduit à un seul système de focalisation au lieu de deux initialement dans la configuration GRIP (grazing incidence pumping) classique. Les fluctuations de l'efficacité du laser X dues à une instabilité du pointé du faisceau sont considérablement diminuées et la superposition des deux lignes focales laser est intrinsèquement parfaite. De plus, les données expérimentales et des simulations hydrodynamiques du plasma indiquent un fonctionnement du laser X à des densités électroniques plus élevées, ce qui augmente le gain obtenu à longueur d'onde fixe et permet également d'atteindre potentiellement des longueurs d'onde plus courtes.


  • Résumé

    Within this thesis a new double laser pulse pumping scheme for plasma-based, transient collisionally excited soft x-ray lasers (SXRL) was developed, characterized and utilized for applications. SXRL operations from ~50 up to ~200 electron volt were demonstrated applying this concept. As a central technical tool, a special Mach-Zehnder interferometer in the chirped pulse amplification (CPA) laser front-end was developed for the generation of fully controllable double-pulses to optimally pump SXRLs. This Mach-Zehnder device is fully controllable and enables the creation of two CPA pulses of different pulse duration and variable energy balance with an adjustable time delay. Besides the SXRL pumping, the double-pulse configuration was applied to determine the B-integral in the CPA laser system by amplifying short pulse replica in the system, followed by an analysis in the time domain. The measurement of B-integral values in the 0. 1 to 1. 5 radian range, only limited by the reachable laser parameters, proved to be a promising tool to characterize nonlinear effects in the CPA laser systems. Contributing to the issue of SXRL pumping, the double-pulse was configured to optimally produce the gain medium of the SXRL amplification. The focusing geometry of the two collinear pulses under the same grazing incidence angle on the target, significantly improved the generation of the active plasma medium. On one hand the effect was induced by the intrinsically guaranteed exact overlap of the two pulses on the target, and on the other hand by the grazing incidence pre-pulse plasma generation, which allows for a SXRL operation at higher electron densities, enabling higher gain in longer wavelength SXRLs and higher efficiency at shorter wavelength SXRLs. The observation of gain enhancement was confirmed by plasma hydrodynamic simulations.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (XI-161 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 137-155

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2010)86
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.