Dynamique d’électrons pour des atomes soumis à des impulsions lasers intenses polarisées elliptiquement

Electron dynamics for atoms driven by intense and elliptically polarized laser pulses

• Auteur / Autrice : Jonathan Dubois
• Direction : Cristel Chandre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique théorique et mathématique
• Date : Soutenance le 25/09/2019
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mathématiques de Marseille (I2M)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Guérin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sergey Popruzhenko, Àngel Jorba, Elena Floriani
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Charron, Jan-Michael Rost

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lasers femtoseconde

Phénomènes ultra-rapides

Systèmes hamiltoniens

Atomes

Mots clés libres

Physique atomique moléculaire et optique

Interaction Laser-Matière

Systèmes hamiltoniens

Dynamique non-Linéaire

Science attoseconde

Phénomènes ultra-Rapides

Corrélation électron-Électron

Ionisation au-Dessus du seuil

Double ionisation non-Séquentielle

Génération de hautes harmoniques

Atomic molecular and optical physics (AMO)

Laser-Matter interaction

Hamiltonian systems

Nonlinear dynamics

Attosecond science

Ultrafast phenomena

Electron-Electron correlation

Above-Threshold ionization (ATI)

Nonsequential double ionization (NSDI)

High harmonic generation (HHG)

Résumé

Assujettir des atomes ou des molécules à des impulsions lasers de fortes intensités done lieu à une variété de phénomènes hautement non-linéaires, tels que par exemple l'ionisation des électrons et la radiation de photons de hautes fréquences. Les distributions des vitesses des électrons ionisés ou des fréquences des photons radiés encodent des informations pertinentes sur les atomes ou les molécules ciblés à l'échelle temporelle naturelle des électrons, l'attoseconde-qui est un millionième, d'un millionième, d'un millionième d'une seconde. Comprendre la dynamique des électrons ionisés ainsi qu'identifier les mécanismes de radiation de hautes fréquences sont des étapes essentielles afin d'interpréter et décoder les informations cryptées dans les mesures expérimentales.Dans cette thèse, des atomes soumis à des impulsions lasers de fortes intensités polarisées elliptiquement dans le régime infra-rouge sont étudiés théoriquement. Malgré leur nature fondamentalement quantique dans les atomes, les électrons manifestent certains comportements classiques lorsqu'ils sont sujets à des impulsions lasers de fortes intensités. Nous exploitons ces traits classiques pour comprendre et illustrer, à l'aide des trajectoires, les mécanismes physiques en jeu afin d'interpréter les résultats expérimentaux. Après ioniser, le mouvement des électrons est analysé en utilisant des techniques issues de la dynamique non-linéaire. Ce travail de thèse démontre la complémentarité de la mécanique quantique et de la dynamique non-linéaire pour comprendre et illustrer des mécanismes impliqués lorsque des atomes sont sujets à des impulsions lasers de fortes intensités polarisées elliptiquement.

Subjecting atoms or molecules to intense laser pulses gives rise to a variety of highly nonlinear phenomena, such as for instance the ionization of electrons and the radiation of high-frequency photons. The distributions of the velocity of the ionized electrons of the frequency of the radiated photons measured at the detector encode relevant informations on the target atoms and molecules at the natural time scale of the electrons, the attosecond-that is, million, million, millionths of a second. Understanding the dynamics of the ionized electrons and identifying the mechanisms of high-frequency radiation are essential steps toward interpreting and decoding the informations encrypted in the experimental measurements.In this thesis, atoms subjected to intense and elliptically polarized laser fields in the infrared regime are theoretically studied. Despite their fundamental quantal nature in atoms, electrons display some classical behaviors when subjected to intense laser pulses. We exploit these classical features to understand and picture, with the help of trajectories, the physical mechanisms at play in order to interpret experimental measurements. After ionizing, the motion of the electrons is analyzed using techniques from nonlinear dynamics. This thesis work demonstrates the complementarity of quantum mechanics and nonlinear dynamics for understanding and illustrating the mechanisms involved when atoms are subjected to intense and elliptically polarized laser pulses.