Spectroscopie de polarisation de la génération d’harmoniques d’ordre élevé dans les semi-conducteurs

Polarization Spectroscopy of High Order Harmonic Generation in Semiconductors

• Auteur / Autrice : Shatha Kaassamani
• Direction : Hamed Merdji, David Gauthier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique et photonique
• Date : Soutenance le 10/12/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et matière (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interactions, dynamiques et lasers (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Jury : Président / Présidente : Annie Klisnick
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Caterina Vozzi, Marcelo Ciappina, Éric Constant, Stefan Haessler, Milutin Kovačev
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Caterina Vozzi, Marcelo Ciappina

Mots clés

Mots clés contrôlés

Kerr, Effet

Anisotropie

Polarisation (lumière)

Semiconducteurs

Génération d'harmoniques d'ordre élevé

Mots clés libres

Génération d’harmoniques d’ordre élevé

Semi-conducteur

Polarisation

Anisotropie

Effets non linéaires

High harmonic generation

Semiconductors

Polarization

Anisotropy

Nonlinear effects

Résumé

Depuis sa première observation, la génération d'harmonique d'ordre élevé (HHG) dans les cristaux s'est avérée d'être une source efficace, contrôlable et compacte de rayonnement XUV cohérent. Dans cette thèse, nous étudions la génération d'harmonique d'ordre élevé (HHG) dans le graphène, et dans différents semi-conducteurs principalement oxyde de zinc, silicium, arséniure de gallium et oxyde de magnésium. Nous observons que les propriétés du laser, notamment l'intensité, polarisation et ellipticité ainsi que les propriétés du cristal impactent de manière corrélée au processus de génération d'harmonique. De plus, nous surlignons le rôle important des effets de propagation linéaire et non linéaire, surtout l'effet Kerr, qui peut modifier l'efficacité de génération d'harmonique. Bien que ceux-ci induisent des limitations, dans certaines conditions ils présentent un avantage. Finalement, nous démontrons la possibilité d'augmenter localement l'intensité du laser par confinement dans un cône nanostructuré et ainsi d’accroître le flux harmonique généré. Enfin, nous démontrons une application en imagerie par diffraction cohérente de la source harmonique nanostructurée.

Since its first observation, a decade ago, high harmonic generation (HHG) in crystals has proved to be an efficient, controllable and compact source of coherent XUV radiation. In this thesis, we investigate HHG in 2D materials, particularly graphene, and in different semiconductor crystals mainly zinc oxide, silicon, gallium arsenide and magnesium oxide. We find that the laser properties, such as its intensity, polarization and ellipticity, and the crystal properties are interrelated. Moreover, we shed the light on the role of the linear and nonlinear propagation effects mainly the Kerr effect, upon laser interaction with the crystal, which can significantly influence the high harmonic generation efficiency. Although this presents major limitations, we show that in some cases it turns out to be an advantage. Finally, we demonstrate the manipulation of the harmonic radiation at the source of the emission by patterning nanostructures to confine and enhance nanojoule laser pulses, and generate harmonic beams carrying orbital angular momentum. Lastly, we successfully image a micrometer-sized sample by the coherent diffractive imaging (CDI) technique based on solid-state harmonics.