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

Study of warm dense plasma electronic dynamics by optical interferometry

• Auteur / Autrice : François Deneuville
• Direction : Olivier Peyrusse, Claude Fourment
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Laser, matière, nanoscience
• Date : Soutenance le 28/02/2013
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Lasers Intenses et Applications (Bordeaux ; 1999-....) - Centre d'Etudes Lasers Intenses et Applications / CELIA
• Jury : Président / Présidente : Vladimir Tikhonchuk
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Audebert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Sentis, Laurent Videau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matière dense et tiède

Interférométrie

Interactions laser-plasma

Mots clés libres

Interaction laser-matière

Expérience pompe-sonde

Interférométrie spectrale

Matière dense et tiède

Fonction diélectrique

Transition interbande et intrabande

Modèle de Drude-Lorentz

Laser-matter interaction

Pumb-probe experiment

Frequency domain interferometry

Warm Dense Matter

Dielectric function

Interband and intraband transitions

Drude-Lorentz model

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.

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.