Vers un laser à électrons libres compact et avancé dans le cadre du projet LUNEX5

par Amin Ghaith

Projet de thèse en Physique des accélérateurs

Sous la direction de Marie-Emmanuelle Couprie.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Particules, hadrons, énergie et noyaux: Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulation , en partenariat avec Synchrotron SOLEIL - Division Sciences de la matière (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2016 .


  • Résumé

    Les lasers à électrons libres sont actuellement des sources de rayonnement cohérent et intense pour des investigations pluridisciplinaires de la matière. Le sujet proposé s'inscrit dans le cadre du projet LUNEX5 de démonstrateur de laser à électrons libres avancé et compact, pour lequel des programmes de R&D sont financés. Dans la première partie, je travaille principalement sur l'expérience COXINEL visant à démontrer l'amplification FEL à l'aide de l'accélération par champ de sillage laser (European Research Council Advanced Grant). L'expérience est actuellement réalisée par SOLEIL en collaboration avec les équipes LOA et PhLAM. Je contribue à cette expérience et à la caractérisation magnétique de certains composants : dipôle et quadrupôles à aimant permanent de gradient variable (QUAPEVA). J'étudierai également la configuration de l'onduleur à gradient transverse dans le cadre de COXINEL en utilisant un onduleur U18 désaligné horizontalement. Je vais enfin participer à l'activité d'EuPRAXIA pour les études de conception de l'accélération de champs de sillage laser avec l'application FEL. Dans une seconde partie du travail, j'étudierai avec une interaction laser-faisceau d'électrons pour imprimer efficacement la modulation sur les électrons permettant une émission cohérente, suite à la récente démonstration d'écho au NLCTA au SLAC de la conversion up fréquence sur l'harmonique 75. Je vais participer aux expériences d'écho prévues à FERMI à ELETTRA en 2018. Je travaille aussi sur un onduleur cryogénique PrFeB (prototype LUNEX5) de 15 mm de longueur et un champ de crête de 1,65 T à 3 mm d'entrefer (mesures des aimants, pôles et modules, optimisation de l'assemblage et mesure de température à température ambiante et cryogénique). Les questions concernant la mesure magnétique sont essentielles pour la réalisation de ce prototype LUNEX5 U15 (financement suédois français). Jusqu'à présent, aucun équivalent d'un tel onduleur n'existe.

  • Titre traduit

    Towards compact and advanced Free Electron Laser in the frame of the LUNEX5 project


  • Résumé

    X-ray Free Electron Lasers (FEL) are nowadays unique intense coherent fs light sources used for multidisciplinary investigations of matter. The proposed PhD subject will take place in the frame of the LUNEX5 project of advanced and compact Free Electron laser demonstrator, for which R&D programs are funded. The gain medium consisting of relativistic electrons in the magnetic field of an undulator, strategies for search of compactness aims at investigating new acceleration scheme, short period high field undulator, and evolved seeding schemes for efficient up-frequency conversion. In the first part, I am working mainly on the COXINEL experiment aiming at demonstrating FEL amplification using laser wakefield acceleration (European Research Council Advanced Grant). The experiment is presently carried out by SOLEIL in collaboration with LOA and PhLAM teams. I will contribute more particularly for this experiment and magnetic characterization of some equipment dump/spectrometer dipole and the permanent magnet based quadrupoles (QUAPEVAs). In a second part of the work, I will study the echo configuration with two electron beam-laser interaction for imprinting efficiently the modulation on the electrons enabling coherent emission, following the recent echo demonstration at NLCTA at SLAC of the up-frequency conversion on harmonic 75. I will participate to the echo experiments planned at FERMI at ELETTRA in 2018. I will work as well on the 3 m long PrFeB cryogenic undulator (LUNEX5 prototype) of 15 mm period and 1.65 T peak field at 3 mm gap, in conducting the magnet, pole and module assembly, optimization and magnetic measurement at room and cryogenic temperature. Issues regarding magnetic measurement are essential for the achievement of this LUNEX5 U15 prototype (French Swedish funding). So far, no equivalent of such an undulator exists. I will also investigate the transverse gradient undulator configuration in the COXINEL frame using an U18 undulator misaligned horizontally. I will finally participate to the activity of EuPRAXIA for design studies of laser wakefield acceleration with the FEL application.