Photoionisation simple et double à deux couleurs d'atomes de gaz rares

par Olivier Guyétand

Thèse de doctorat en Physique. Lasers et matière

Sous la direction de Alain Huetz.

Soutenue en 2008

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

mots clés

• Photoionisation
• Harmoniques (ondes électriques)
• Xénon

Résumé

Ce travail de thèse s’attache à l’étude des phénomènes de photoionisation simple et double d’atomes de gaz rares par un rayonnement harmonique produit par un laser infrarouge, et combiné avec celui-ci. Les aspects techniques liés à l’utilisation de sources de génération d’harmoniques et à la détection des ions et des électrons utilisant la technique des coïncidences sont exposés. Les aspects théoriques pour les processus de photoionisation simple et double par des photons XUV et infrarouge sont détaillés. Les mesures des spectres et des distributions angulaires des photoélectrons issus de la simple ionisation à deux couleurs d’atomes d’hélium sont présentées et sont confrontées à des calculs théoriques TDSE, dans plusieurs conditions différentes en terme de rayonnement harmonique. La forme des distributions angulaires obtenues peut être interprétée analytiquement dans le cadre de deux approximations distinctes : la théorie des perturbations et l’approximation « soft-photon ». Les expériences sur la double ionisation ont nécessité la construction d’un nouveau système de détection des ions et des électrons en coïncidence (CIEL2). Les mesures de double ionisation ont été réalisés sur le Xénon, qui est un atome complexe présentant de nombreux chemins de double ionisation. L’analyse des énergies des deux photoélectrons ainsi que de leur angle mutuel prouve la faisabilité d’une telle expérience sur une source harmonique générée par un laser infrarouge femtoseconde. Elle montre que les processus à deux étapes sont majoritaires dans le cas du xénon. Elle ouvre la voie à des expériences futures de double photoionisation à deux photons des autres gaz rares plus légers.

Titre traduit

Two colours simple and double photoionisation of rare gaz atomes

Résumé

The present work deals with simple and double ionization of rare gases by harmonic radiation produced by, and combined with, an intense femtosecond infrared laser. Technical aspects related to the use of harmonic generation and to the detection of ions and electrons in coincidence are exposed. Theoretical backgroung for two colour, few photon, single and double ionization is detailed. Spectra and angular distributions of the photoelectrons measured in helium are described and compared with TDSE theoretical calculations, for various conditions of the harmonic photons. The shape of the angular distributions can be explained within the frame of two distinct analytic approaches : the perturbation theory and the soft-photon approximation. The double ionization measurements have been performed on xenon, a complex atom characterized by many possible routes leading to double ionization. The analysis of energy and angular correlations of the two photoelectrons proves the feasibility of such experiments, which combine harmonic and infrared radiations. It shows that two step processes are dominant in the case of xenon. This work appeals for extending few photon, double ionization experiments to lighter rare gases.