Dynamique électronique attoseconde des plasmas et optique relativiste – APERO

Le projet APERO (Attosecond Plasma Electronics and Relativistic Optics) a pour but d’arriver à une compréhension détaillée de la physique mise en jeu dans l’interaction d’impulsions laser ultraintenses et ultracourtes avec les ‘miroirs plasmas’, jusqu’à une échelle de temps inférieure à la période optique laser (attoseconde), et cela jusqu’au régime d’interaction relativiste (I>10^18 W/cm^2). Il s’agit également d’exploiter cette interaction pour générer des sources innovantes ultrabrèves et synchrones de lumière et de particules pour des applications dans les sciences ultrarapides.

Un miroir plasma est un plasma dense créé à la surface d’une cible solide, lorsque celle-ci est irradiée par une impulsions laser ultraintense (>10^15 W/cm^2). Lorsque cette impulsion est ultrabrève (<100 fs), l’expansion de ce plasma vers le vide reste très limitée pendant l’interaction: ce plasma reste donc plan à l’échelle de la longueur d’onde, ce qui permet une interaction dans des conditions très bien contrôlée, et conduit à la réflexion spéculaire du champ laser. APERO se concentrera sur deux produits essentiels de l’interaction : les harmoniques d’ordre élevé de la fréquence laser (associée dans le domaine temporel à un train d’impulsions attosecondes), générées dans la direction spéculaire, et les électrons rapides éjectés vers le vide. Ces deux observables sont fortement corrélées: c’est une partie des électrons rapides qui est responsable de la génération d’harmoniques. Leur étude combinée est un aspect important et original du projet.
APERO présente un fort intérêt d’ordre fondamental. Un miroir plasma constitue un système modèle idéal pour développer et mettre au point des modèles physiques simples, qui peuvent ensuite aboutir à une compréhension plus générale de certains processus d’interaction laser-matière en régime relativiste. APERO a aussi un intérêt très clair en termes d’applications : le système étudié fournit une possibilité unique de produire des sources ultrabrèves synchrones de paquets d’électrons et d’impulsions XUV. Une telle combinaison présente un très fort potentiel en science ultrarapide.

Un aspect crucial du projet est la très forte complémentarité des trois partenaires impliqués, à la fois en termes d’expertise et de ressources. Cette complémentarité permettra de combiner des études expérimentales avec des sources lasers à la pointe du domaine (un laser 25 fs-10 Hz 100 TW délivrant des intensités > 10^19 W/cm^2, et une système laser unique 5 fs-1 kHz stabilisé en phase atteignant des intensités > 10^18 W/cm^2), avec des études théoriques détaillées, complétée par des simulations numériques 1D à 3D de type Particle-In-Cell.