Étude de la dynamique électronique des plasmas denses et tièdes par interférométrie optique

par François Deneuville

Thèse de doctorat en Laser, matière, nanoscience

Sous la direction de Olivier Peyrusse et de Claude Fourment.

Soutenue le 28-02-2013

à Bordeaux 1 , dans le cadre de École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde) , en partenariat avec Centre Lasers Intenses et Applications (Bordeaux) (laboratoire) et de Centre d'Etudes Lasers Intenses et Applications / CELIA (laboratoire) .

Le président du jury était Vladimir Tikhonchuk.

Le jury était composé de Patrick Audebert.

Les rapporteurs étaient Marc Sentis, Laurent Videau.

mots clés

• Interaction laser-matière
• Expérience pompe-sonde
• Interférométrie spectrale
• Matière dense et tiède
• Fonction diélectrique
• Transition interbande et intrabande
• Modèle de Drude-Lorentz
• Interactions laser-plasma
• Interférométrie
• Matière dense et tiède

Résumé

La matière dense et tiède (WDM) est un régime caractérisé par une densité proche du solide pour une température avoisinant celle de Fermi. Pour étudier cet état de la matière, dans cette thèse, une expérience d'interférométrie dans le domaine des fréquences est mise en place afin de mesurer la phase et la réflectivité - dans les deux directions de polarisation S et P - d'une onde sonde en réflexion sur un échantillon chauffé de manière très brève par une impulsion laser ultra-courte (sub-100fs). Il est alors porté dans un état hors-équilibre. Une méthode basée sur les mesures de réflectivité est mise en place pour contrôler la forme de l'interface entre le vide et la matière chauffée. Pour des fluences laser de l'ordre de 1 J/cm2, l'hydrodynamique d'un échantillon chauffé est étudiée par la mesure du déplacement de la surface et comparée au code hydrodynamique à deux températures ESTHER. Ensuite, la fonction diélectrique à 800 nm et 400 nm est déduite des mesures expérimentales et certaines quantités en sont extraites comme la densité électronique, la température électronique et les fréquences de collision en régime WDM. Elles sont par la suite comparées avec des modèles couramment utilisés.

mots clés

• Laser-matter interaction
• Pumb-probe experiment
• Frequency domain interferometry
• Warm Dense Matter
• Dielectric function
• Interband and intraband transitions
• Drude-Lorentz model

Titre traduit

Study of warm dense plasma electronic dynamics by optical interferometry

Résumé

The Warm Dense Matter (WDM) regime is characterised by a density close to the solid density and an electron temperature close to the Fermi temperature. In this work, the nonequilibrium Warm Dense Matter is studied during the solid to liquid phase transition induced by an ultra short laser interacting with a solid. A 30 femtoseconds time resolution pump-probe experiment (FDI) is set up, yielding to the measurement of the heated sample complex reflectivity for both S and P polarisation.We have determined a criterion based on the measured reflectivities, which permits to control the interface shape of the probed matter. For pump laser fluences around 1 J/cm2, the hydrodynamics of the heated matter is studied and experimental results are compared to the two-temperatures code ESTHER. Furthermore, the evolution of the dielectric function at 800 nm and 400 nm is inferred from our measurements on a sub-picosecond time-scale. Within the Drude-Lorentz model for the conduction electrons, the dielectric function yields information such as ionisation state, electronic temperature and electron collision frequency.