Interaction laser matière à haut flux et fort contraste temporel.

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Doumy, Gilles (2006) Interaction laser matière à haut flux et fort contraste temporel. Doctorat Service Photons, Atomes et Molécules, CEA SACLAY, Service Photons, Atomes et Molécules, CEA SACLAY, EP/X p.211.

Autres Localisations: http://www.imprimerie.polytechnique.fr/Theses/Files/Doumy.pdf

Résumé

Les progrès continus dans le développement des installations laser ont permis l’obtention d’impulsions ultra-brèves atteignant des intensités focalisées très élevées (I
1018 W/cm²). A ces intensités, la matière présente des comportements non-linéaires nouveaux, dus au fait que les électrons sont accélérés à des vitesses relativistes. L’accès expérimental à ce régime d’interaction sur des cibles solides a longtemps été interdit en raison de la présence autour de l’impulsion femtoseconde d’un piédestal (résultant notamment de l’émission spontanée amplifiée (ASE) présente dans la chaîne laser) suffisamment intense pour modifier l’état de la cible.
Au cours de cette thèse, nous avons tout d’abord caractérisé, expérimentalement et théoriquement, un dispositif permettant une amélioration du contraste temporel de l’impulsion: le Miroir Plasma. Celui-ci consiste à focaliser l’impulsion sur une cible diélectrique de sorte que le piédestal est transmis, alors que l’impulsion principale est réfléchie par formation d’un plasma surcritique à la surface. L’installation d’un tel dispositif sur le laser UHI 10 (CEA Saclay – 10 TW – 60 fs) nous a alors permis d’étudier l’interaction d’impulsions ultra-intenses à fort contraste temporel avec des cibles solides.
Dans un premier temps, nous avons réussi à générer et caractériser des plasmas denses résultant de l’interaction directe de l’impulsion principale femtoseconde avec des cibles minces (100 nm). Cette caractérisation a été réalisée au moyen d’une source XUV obtenue par génération d’harmoniques d’ordre élevé dans un jet de gaz rare.
Dans un second temps, nous avons étudié expérimentalement le phénomène de génération d’harmoniques d’ordre élevé sur cible solide, encore mal compris, mais qui potentiellement fournira une nouvelle source XUV ultra-courte et intense.

Table des Matières

Introduction 9
Bibliographie - 16
1 Le Miroir Plasma, étude et implémentation 17
1.1 Introduction - 17
1.2 Etude de l’effet Miroir Plasma - 21
1.2.1 Description des expériences - 22
1.2.2 Performances du Miroir Plasma - 27
1.2.3 Etude théorique du Miroir Plasma - 38
1.3 Mise en place du dispositif - 56
1.3.1 Discussion sur la mise en place d’un Système Miroir Plasma 60
1.3.2 Installation sur UHI 10 - 63
Bibliographie - 68
2 Diagnostics de plasmas denses 71
2.1 Motivations - 71
2.2 Sondage XUV de plasmas denses - 78
2.2.1 Génération d’harmoniques dans les gaz - 78
2.2.2 Une expérience pionnière - 81
2.3 Expériences sur UHI 10 - 86
2.3.1 Cibles utilisées - 86
2.3.2 Expériences sans Miroir Plasma - 87
2.3.3 Expériences avec Miroir Plasma - 93
2.3.4 Modélisation - Exploitation - 100
2.4 Conclusion - 104
Bibliographie - 106
3 Génération d’harmoniques sur cible solide 111
3.1 Motivations - 111
3.2 Inventaire historique - Etat de l’art - 113
3.3 Modèles théoriques de génération - 115
3.3.1 Miroir oscillant relativiste - 115
3.3.2 Emission par oscillations plasmas électroniques - 122
3.4 Génération d’harmoniques sur UHI 10 - 125
3.4.1 Dispositif expérimental - 125
3.4.2 Résultats - 131
3.4.3 Caractérisation de la source - 136
3.5 Discussion - 140
3.5.1 Interprétation des résultats expérimentaux - 140
3.5.2 Perspectives d’utilisation de la source XUV - 141
Bibliographie - 143
Conclusion 147
A Le contraste temporel 149
A.1 Mesure du contraste temporel - 149
A.2 Sources du piédestal - 151
A.3 Solutions pour l’amélioration du contraste - 153
A.3.1 Injection d’impulsions plus intenses - 154
A.3.2 Cellules de Pockels rapides - 155
A.3.3 Un nouveau type d’amplificateur: l’OPCPA - 155
A.3.4 Le concept ’Double CPA’ - 157
A.3.5 Les méthodes sur faisceau recomprimé - 160
A.4 Conclusion provisoire - 161
Bibliographie - 161
B collisions coulombiennes 163
Bibliographie - 166
C Résolution de l’équation d’Helmholtz 167
D Publications 171
Liste des figures 196
Bibliographie 201

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