Development of an ultrashort and intense collisional OFI plasma-based soft X-ray laser

Résumé : Les lasers XUV collisionnels dit « OFI » sont réalisés en focalisant une impulsion laser infrarouge ultra-intense dans un milieu gazeux. L’interaction qui en résulte permet la génération d’une colonne de plasma en inversion de population, constituée d’ions multi-chargés et d’électrons énergétiques. Nous nous intéressons à l’emission de la transition 3d94dJ=0 → 3d94pJ=1 du krypton IX (nickeloïde) à 32,8 nm. Lorsque ce plasma amplificateur est injecté par une source harmonique externe, l’émission résultante montre d’excellentes propriétés spatiales tout en offrant, à la longueur d’onde considérée, un nombre de photons bien supérieur. Bien que compacts et démontrant d’excellentes propriétés spatiales, les lasers XUV collisionnels font face à des limites inhérentes à leur schéma de pompage. En effet, ceux-ci produisaient jusqu’ici des impulsions relativement longues (quelques picosecondes), limitant ainsi le champ d’applications. L’axe majeur de cette thèse a consisté à repousser cette limite afin d’atteindre une durée d’émission de l’ordre de la centaine de femtosecondes, en mettant en œuvre une « fenêtre temporelle sur le gain » de l’amplificateur plasma par sur-ionisation collisionnelle (Collisional Ionization Gating). Ceci est rendu possible en opérant à des densités électroniques très élevées (autour de 1020 cm-3), ce qui nécessite l’utilisation de techniques de guidage optique. Le régime d’injection d’harmoniques a été utilisé pour sonder la dynamique temporelle du gain d’un tel amplificateur plasma. Un modèle numérique Maxwell-Bloch à dépendance temporelle nous a permis de décrire cette dynamique d’amplification et d’en extraire une durée d’émission XUV. D’autre part, la méthode permet également la génération d’un plus grand nombre de photons par tir (jusqu’à 14 µJ), offrant ainsi une augmentation de l’intensité des impulsions XUV émises de près de trois ordres de grandeurs par rapport aux performances précédentes. Un autre axe important de la thèse a consisté en la réalisation d’un laser XUV polarisé circulairement. De telles sources permettent l’étude des propriétés dichroïques de la matière, de la dynamique de domaines magnétiques de matériaux ou de la structure chirale d’échantillons biologiques. La source a été réalisée avec succès en amplifiant une source harmonique résonante et polarisée circulairement par un plasma de Krypton IX. Conformément aux mesures expérimentales, notre modèle numérique Maxwell-Bloch confirme la conservation de l’état de polarisation des harmoniques au cours de l’amplification ainsi que l’efficacité du schéma de génération, ce qui ouvre ainsi la voie vers l’acquisition de mesures en un seul tir.
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Thèse
Physics [physics]. Ecole Polytechnique, 2015. English
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Contributeur : Adrien Depresseux <>
Soumis le : mardi 24 novembre 2015 - 17:30:00
Dernière modification le : jeudi 10 mai 2018 - 01:58:26

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Adrien Depresseux. Development of an ultrashort and intense collisional OFI plasma-based soft X-ray laser. Physics [physics]. Ecole Polytechnique, 2015. English. 〈tel-01233246〉

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