Accélération d'électrons dans l'interaction laser-plasma : développement et caractérisation d'un injecteur optique - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2009

Accélération d'électrons dans l'interaction laser-plasma : développement et caractérisation d'un injecteur optique

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Abstract

In any particle accelerator, the injector plays a crucial role since it determines most of the characteristics of the accelerated beam. This is also true for laser-plasma accelerators, that are based on the interaction of an ultra short, ultra intense laser with an underdense plasma. However, due to the compacity of these accelerators, injection is a real challenge : to obtain a good beam quality, injected electron beams have to be ultra short and precisely synchronized with the laser. In this manuscript, the relevance of an optical injector, that relies on a second laser pulse, is experimentally demonstrated. With this injector, mono energetic electron beams have been produced in a stable manner. Moreover, this injector gives control over the electron beam parameters. Using the parameters of the second laser pulse, it has been proven that the energy, the charge and the energy spread of the accelerated beam can be simply tuned. Those additional controls make it possible to study in great details the physical phenomena at play during the acceleration. Beam loading effects, due to the interaction of the accelerated bunch with the plasma, have been identified and studied. With optimized injector parameters, the narrowest electron beams measured to date in the laser plasma interaction have been obtained, with a relative energy spread of 1%.
Dans tout accélérateur de particules, l'injecteur est d'une importance cruciale car il détermine la plupart des caractéristiques du faisceau accéléré. Les accélérateurs laser plasma, basés sur l'interaction d'une impulsion laser ultra brève et ultra intense avec un plasma sous dense, ne dérogent pas à cette règle. Cependant, pour ces accélérateurs ultra compacts, l'injection est un véritable défi : pour obtenir une source de bonne qualité, il faut injecter un faisceau d'électrons ultra court synchronisé très précisément avec le laser. Dans cette thèse, la pertinence d'un injecteur optique, utilisant une deuxième impulsion laser, est démontrée expérimentalement. Cet injecteur permet d'obtenir des faisceaux d'électrons mono-énergétiques de façon stable. De plus, cet injecteur permet de régler les paramètres du faisceau produit. Ainsi l'énergie, la charge et la dispersion en énergie du faisceau sont ajustables simplement, en changeant les paramètres de la deuxième impulsion laser. Ces contrôles supplémentaires permettent d'étudier précisément les phénomènes physiques ayant lieu lors de l'accélération du faisceau d'électrons. Ainsi, les effets de beam loading, liés à l'interaction du faisceau d'électrons avec le plasma, ont pu être mis en évidence et étudiés. L'optimisation de l'injecteur a permis d'obtenir les faisceaux d'électrons les plus fins spectralement mesurés à ce jour dans l'interaction laser plasma, avec des dispersions en énergie de l'ordre du pourcent.
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Dates and versions

pastel-00005570 , version 1 (03-03-2010)

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  • HAL Id : pastel-00005570 , version 1

Cite

Clément Rechatin. Accélération d'électrons dans l'interaction laser-plasma : développement et caractérisation d'un injecteur optique. Physique [physics]. Ecole Polytechnique X, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00005570⟩
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