Harmoniques laser dans les cristaux assistées par la plasmonique – PACHA

La génération d’harmoniques d’ordre élevé (HHG) dans les gaz, découverte il y a une trentaine d’années, a rendu possible l’étude en temps réel des dynamiques électroniques ultrarapides. Cependant, comme le champ électrique nécessaire à l’ionisation tunnel des atomes est très élevé, il est nécessaire de disposer de systèmes lasers amplifiés complexes, ce qui limite dans les faits la généralisation de ces techniques aux laboratoires laser les plus à la pointe. Cependant, depuis quelques années les physiciens du régime de champ fort s’intéressent aux dernières avancées de la plasmonique afin de réduire les contraintes sur le laser. De plus, l’observation récente de la HHG dans des cristaux semi-conducteurs permet d’entrevoir le développement de sources attosecondes « tout solide », beaucoup moins contraignantes que les sources « gaz ».
Dans un premier temps, le projet PACHA vise à étudier et expliquer les processus électroniques à l’œuvre au cours de la HHG dans les cristaux, lesquels ne sont à ce jour pas élucidés. Une étude systématique des dépendances des propriétés de l’émission harmonique en fonction de la nature du cristal et des caractéristiques du rayonnement laser incident permettra de préciser les modèles théoriques, lesquels aboutissent actuellement à des prédictions parfois contradictoires. En ajoutant des structures plasmoniques résonnantes à la surface du cristal, le champ électrique est localement fortement amplifié. De ce fait, la HHG devient possible à partir de simples oscillateurs, tels que les lasers fibrés dans le moyen infrarouge. En effet, les plus grandes longueurs d’onde sont favorables du fait de l’augmentation des seuils de dommage, et le haut taux de répétition de ces sources permet de limiter les temps d’intégration. Les structures plasmoniques seront optimisées par la simulation numérique et réalisées sur des installations spécialisées par les membres de l’équipe du porteur. La caractérisation spectrale complète de l’émission, en amplitude et en phase, donnera accès aux trajectoires électroniques dans le champ laser et aux dynamiques des plasmons. De plus, des travaux ont montré qu’elle permettrait d’imager la structure de bande du cristal. Nous développerons différents codes de simulation numérique afin d’analyser les résultats expérimentaux et de proposer des interprétations physiques des mesures.