Impulsions Lumineuses Attosecondes par interaction laser-plasma en régime Relativiste – ILAR

Contexte scientifique et objectifs du projet Depuis début 2001, la génération d'impulsions XUV attosecondes (10-18s) par génération d'harmoniques d'ordre élevé dans les gaz et les premières expériences d'application en faisant usage, ont ouvert un nouveau champ de recherches appelé « la science attoseconde ». Son but est de sonder en « temps réel » la dynamique des électrons dans la matière. Dans ce processus de génération, l'intensité laser est intrinsèquement limitée : au-dessus de 1015 W/cm2, les atomes du gaz sont ionisés, provoquant une chute irrémédiable de l'efficacité de génération. Cela empêche l'utilisation des lasers ultra-intenses de classe multi-TW modernes. Cette contrainte impose une limitation très sévère sur le nombre de photons XUV générés ainsi que sur leur énergie maximale. Pendant ce projet de 4 ans, notre objectif est d'étudier et d'exploiter les non-linéarités extrêmes que peuvent induire les lasers ultra-intenses par réflexion sur un plasma c'est-à-dire un milieu capable de supporter des intensités laser arbitraires. Nous pensons ainsi générer efficacement des trains d'impulsions attosecondes très énergétiques dans le domaine XUV ainsi que des impulsions attosecondes uniques dans le domaine UV. Description du projet, méthodologie Le but ultime de cet immense champ d'études est d'obtenir des impulsions attosecondes uniques ultra-énergétiques dans le domaine du keV. Pour cela, des impulsions laser de 5 fs avec des intensités très supérieures à 1020 W/cm2 sont requises. De telles performances ne sont pas accessibles aujourd'hui mais l'effort de recherche technologique international très important fait en ce sens (voir par exemple le Max Planck Institute for Quantum Optics en Allemagne) permet d'imaginer qu'elles seront utilisables dans les dix prochaines années. Notre approche consiste à utiliser les sommets de la technologie laser actuelle pour étudier la génération d'harmoniques à partir de plasmas denses. Deux régimes complémentaires seront explorés : * le régime ultra-relativiste en utilisant un laser 1020 W/cm2, 20 fs. Ce régime conduira à l'observation de trains énergétiques d'impulsions de quelques dizaines d'attosecondes dans le domaine XUV (énergie de photons jusqu'au keV). * le régime relativiste à quelques cycles optiques (autrement dénommé le «régime l3 ») utilisant des impulsions de 1018 W/cm2, 5 fs stabilisées et contrôlées en phase. Ce régime conduira à la mise en évidence d'impulsions énergétiques uniques de durée de l'ordre de 100 attosecondes dans le domaine UV Ces études fourniront une base scientifique solide à la future physique ultra-relativiste à quelques cycles optiques. Afin d'étudier cette classe de phénomènes se produisant par réflexion sur une cible solide, il est essentiel d'utiliser des laser possédant un excellent contraste temporel. Ce problème technologique n'a été surmonté que très récemment grâce à la technique du « miroir à plasma ». Cette avancée majeure permet maintenant d'envisager des études détaillées de cette optique relativiste dans des conditions physiques bien contrôlées. Nous nous attacherons à déterminer les principales propriétés du rayonnement généré par les études suivantes :i) mesure des propriétés spectrales, ii) mesure d'énergie calibrées dans l'XUV, iii) caractérisation temporelle avec résolution attoseconde, iv) étude des propriétés spatiales. Ensuite, nous optimiserons et aussi contrôlerons les propriétés de ces impulsions attosecondes en termes de durée et de flux par un contrôle précis d'un gradient de densité devant la cible solide. résultats attendus Les recherches sur ces impulsions attosecondes très intenses vont permettre : * une meilleure compréhension des phénomènes physiques à la base de l'interaction laser-plasma sous très fort éclairement laser * d'étendre, grâce aux hautes énergies XUV, la portée de la nouvelle science « attoseconde » * de développer l'optique non linéaire dans l'XUV du régime perturbatif jusqu'au r...