Thèse soutenue

Génération d'impulsions laser proches du cycle optique en durée pour l'interaction laser-matière relativiste à haute cadence
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Auteur / Autrice : Marie Ouillé
Direction : Jérôme FaureRodrigo Lopez-Martens
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 11/05/2022
Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Optique Appliquée (Palaiseau) - Laboratoire d'Optique Appliquée (Palaiseau)
Etablissement opérateur d'inscription : École nationale supérieure de techniques avancées (Palaiseau, Essonne ; 1970-....)
Jury : Président / Présidente : Patrick Audebert
Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Faure, Rodrigo Lopez-Martens, Éric Cormier, László Veisz, Marc Hanna
Rapporteurs / Rapporteuses : Éric Cormier, László Veisz

Résumé

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Cette thèse expérimentale s’est essentiellement déroulée au Laboratoire d’Optique Appliquée à Palaiseau (France), sur un système laser capable de générer des impulsions proches du cycle optique en durée avec des énergies de plusieurs mJ à une cadence de 1 kHz : la Salle Noire 2. Ce système laser Titane:Sapphire est double CPA avec un filtre non-linéaire entre les deux étages (basé sur la génération d’onde de polarisation croisée ou ‘XPW’) pour améliorer le contraste temporel, suivi d’un étage de post-compression dans une fibre flexible étirée à cœur creux. Grâce à ce système, nous étudions l’interaction laser-matière en régime relativiste à haute cadence. Nous parvenons, d’une part, dans des jets de gaz, à accélérer des électrons dans le sillage du laser jusqu’ à une énergie de quelques MeV; et d’autre part, par interaction avec des miroirs plasma, à générer des harmoniques d’ordres élevés qui sont associées dans le domaine temporel à des impulsions attosecondes. Malgré la prouesse technique de ces expériences, les propriétés des faisceaux XUV et d’électrons ainsi générés restent encore peu compatibles avec des applications phares en aval. À la suite de travaux précédents en Salle Noire 2, l’objectif de cette thèse était d’obtenir des faisceaux aux propriétés stables, ce qui a été accompli en rendant le système laser plus stable et fiable, ainsi qu’en implémentant une boucle de contrôle rapide de la phase enveloppe-porteuse des impulsions laser. En variant la phase enveloppe-porteuse, nous avons ainsi pu générer des impulsions attosecondes uniques en formant une porte temporelle d’intensité relativiste à la surface du miroir plasma, et aussi produire des faisceaux d’électrons stables en énergie et en direction, en contrôlant l’injection d’ électrons dans l’accélérateur laser-plasma. De plus, différents régime d’interaction avec les miroirs plasma ont été étudiés expérimentalement, tels que l’accélération d’électrons dans les longs gr adients de densité plasma, et l’accélération de protons en face avant de la cible (la face sur laquelle le laser est incident) le long de la direction normale à la cible, afin de mesurer de nouvelles observables (spectre d’énergie des électrons, divergence des faisceaux de protons) et ainsi mieux comprendre la dynamique d’interaction laser-plasma.