Mise en forme d'un plasma dense créé par laser pour réaliser un amplificateur laser XUV femtoseconde

par Alok kumar Pandey

Projet de thèse en Physique des plasmas

Sous la direction de Sophie Kazamias.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Ondes et Matière (2015-.... ; Orsay, Essonne) , en partenariat avec Laboratoire de Physique des Gaz et des Plasmas (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 30-09-2017 .


  • Résumé

    Très peu de temps après l'invention du laser, la possibilité de transposer ce concept à de très courtes longueurs d'onde (jusque dans le domaine X) était envisagée de manière théorique. Aujourd'hui, pas moins de quatre schémas permettent d'obtenir des faisceaux intenses et cohérents à courte longueur d'onde. Les lasers X à électrons libres utilisent le rayonnement synchrotron de faisceaux d'électrons relativistes. Ils nécessitent cependant des accélérateurs de particules de grandes dimensions. Les harmoniques en cibles solides mettent en œuvre l'effet Doppler produit par une nappe d'électrons relativistes mise en mouvement par la force pondéromotrice d'un laser ultra-intense. Plus simples à mettre en place et très compactes, les harmoniques en cible gazeuse résultent d'effets non linéaires en champ fort qui convertissent un rayonnement laser en rayonnements dont la fréquence est un multiple entier de la fréquence incidente. Finalement, le quatrième schéma opérationnel consiste à transposer les principes du laser à très courte longueur d'onde. Le milieu laser est alors un plasma chaud et dense, très loin de l'équilibre thermodynamique, au sein duquel une inversion de populations est générée entre niveaux d'ions extrêmement ionisés (<Z> > 15). Des impulsions lasers brèves (picosecondes), focalisées sur une cible métallique, permettent de générer efficacement de tels milieux à gain. La robustesse de cette source [1], le taux de répétition [2], la gamme spectrale (jusqu'à 4 nm), la cohérence [3], et le nombre de photons émis par ce type de sources ont considérablement progressés ces dernières années, rendant possible des expériences d'application. Pour que ces sources restent pertinentes, il reste cependant un dernier défi à relever. La durée d'impulsion, de l'ordre de la picoseconde, est trop longue par rapport à celles des autres sources mentionnées (de l'ordre de la femtoseconde, voire attoseconde). Deux voies sont actuellement explorées pour réduire cette durée d'au moins un ordre de grandeur. La première consiste à augmenter la largeur spectrale de la transition laser X en augmentant la densité du plasma. La seconde consiste à exploiter le phénomène d'oscillations de Rabi [4] qui survient lorsque les différents ions « lasants » sont préparés dans des superpositions quantiques cohérentes. Un milieu à basse densité devra alors être privilégié.

  • Titre traduit

    laser plasma density shaping for femtosecond soft x ray lasers


  • Résumé

    The key goal of the thesis is to demonstrate and control the production of intense coherent femtosecond pulses in the soft x ray domain. The idea is to play with the plasma conditions in which a population inversion is obtained transiently in the soft x-ray domain. The race towards short pulse duration implies the increase of the plasma density in which the x ray laser is obtained. The thesis will be essentially experimental but the team is in close contact will experts in numerical simulations of plasma physics.