Etude de l’interaction laser-plasma par spectroscopie CWE

Pour étudier expérimentalement la génération de CWE, nous avons utilisé le laser Ti :Sa de la « Salle Noire » du laboratoire d’optique appliquée. Le laser est focalisé sous vide sur une cible solide (silice) et le faisceau réfléchi est caractérisé au moyen d’un spectromètre. La difficulté expérimentale réside dans la mise en forme spatio-temporelle du faisceau laser (compression et focalisation sur la cible, contraste temporel) pour obtenir les conditions nécessaires à la génération de CWE et dans la stabilité de l’interaction pour pouvoir intégrer le signal et ef- fectuer des études paramétriques. Notamment, le taux de répétition du laser étant de 1 kHz, il a été nécessaire de développer un dispositif expérimental qui permet de renouveler la zone d’interaction au kHz [31]. Ce fut l’objet de la thèse d’Antonin Borot [32], qui a conçu un système basé sur une cible solide en rotation dont la position est stabilisée par interférométrie pour conserver les mêmes conditions d’interaction. En effet, si la cible est mal alignée, la zone d’interaction se déplace : l’intensité laser sur cible et la direction d’émission sont modifiées. Le schéma de l’expérience de génération d’harmoniques sur cible solide est représenté sur la Fig. 6.1. Le spectromètre est composé d’un réseau de diffraction sphérique, utilisé en incidence rasante, qui refocalise le faisceau sur une dimension, suivi d’un détecteur XUV (Micro-Channel Plate (MCP) accolée à un écran phosphore). Ce spectromètre permet d’observer les fréquences supérieures à 7ω0 et possède une fenêtre de détection restreinte par sa dimension (une fenêtre de 3ω0 autour de la fréquence 9ω0 et de 5ω0 autour de la fréquence 14ω0).

tinctes : les configurations « impulsions longues » et « impulsions courtes » dont les caractéristiques sont détaillées dans le tableau 6.1. Le passage d’une configuration à l’autre est possible grâce à la compression d’impulsions dans une fibre creuse, sujet de la première partie de cette thèse, et grâce à une focalisation plus forte. La stabilité en CEP en impulsions courtes est assurée par une double boucle de rétroaction [33]. Nous avons étudié le spectre de l’émission de CWE dans ces deux configurations, des mesures typiques sont représentées sur la Fig. 6.2 : les caractéris- tiques spectrales sont très différentes selon la durée de l’impulsion. L’analyse de ces résultats est effectuée dans les paragraphes suivants. Nous verrons notamment qu’une étude paramé- trique associée aux résultats théoriques permet de remonter à des informations sur l’interaction laser-plasma. Il est important de souligner que l’analyse physique que nous avons pu effectuer à partir des mesures ne fut possible que grâce à l’excellente stabilité du laser et de l’interaction laser-plasma.

Spectres CWE générés par des impulsions longues

Les spectres CWE en impulsions longues sont constitués de pics dont la fréquence correspond aux fréquences harmoniques du laser. Les meilleurs résultats expérimentaux que nous avons obtenus sont présentés dans notre article Borot et al [31], dans lequel nous démontrons la génération d’harmoniques sur cible solide à 1 kHz (jusqu’à l’harmonique 19), nous démontrons également que le processus de génération est le CWE : cette démonstration est détaillée dans le paragraphe suivant. D’autre part nous avons effectué une analyse spectrale de l’émission CWE en fonction des paramètres laser (intensité) et des paramètres plasma (absence ou présence de pré-chauffage de la cible). En comparant les mesures expérimentales aux résultats du modèle présenté au chapitre précédent, nous avons obtenu des informations sur les conditions plasmas (Malvache et al [34]) : cette analyse est décrite dans le paragraphe 6.2.2.

Nous avons vu précédemment que le chirp femtoseconde est une caractéristique des har- moniques CWE. Cet effet augmente la largeur spectrale des harmoniques et dilate le train attoseconde (voir paragraphe 5.2.2). Cette caractéristique permet de distinguer sans ambiguïté l’émission CWE de l’émission ROM. En effet, Quéré et al [30] ont démontré que le chirp femto- seconde peut être compensé en utilisant une impulsion laser chirpée positivement. Une mesure de la largeur spectrale des harmoniques en fonction du chirp laser permet ainsi de déterminer le type d’émission. Avant d’étudier la variation des largeurs spectrales, nous allons, en restant dans le domaine temporel, étudier l’effet du chirp laser sur la dilatation du train d’impulsions attosecondes.