Modélisation de la physique atomique et du transfert radiatif pour le laser X-UV

Modeling of atomic physics and radiative transfer for the X-UV laser

• Auteur / Autrice : Bruno Robillart
• Direction : Gilles Maynard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayons X

Plasmas produits par laser

Mots clés libres

Maxwell-Bloch

Rabi

Ofi

Amplification

Résumé

Les sources X-UV sont l'objet d'un développement important depuis une dizaine d'années. Dans cette gamme spectrale, nous sommes maintenant capables de produire des sources cohérentes, collimatées et de forte brillance. De telles sources ont des applications dans l'imagerie médicale, la photolithographie, ou encore le diagnostic de plasmas denses. . . Cette thèse a été consacrée à la modélisation du laser X-UV "OFI", source X-UV étudiée au LOA (ENSTA, Palaiseau). Ce type de laser X-UV est généré suite à l'ionisation d'un gaz (Kr, Xe) par un laser infrarouge de forte puissance. Le plasma créé par cette interaction constitue la source X-UV. Le travail produit au cours de la thèse a porté sur l'amplification d'un signal X-UV injecté dans ce plasma. L'objectif était d'obtenir une analyse plus détaillée du profil spatio-temporel du signal. Un nouveau code numérique 3D a alors été élaboré. Il utilise un modèle de transfert radiatif décrit par les équations de Maxwell-Bloch. Les résultats du code ont d'une part montré que le profil temporel du signal X-UV changeait considérablement au cours de l'amplification. Notamment il peut, à forte saturation, révéler des pics d'intensité de très courte durée (<100fs). La forte saturation ne pouvant être obtenue qu'avec un plasma de plusieurs centimètres de long, ceci nous amène à considérer avec intérêt les expériences utilisant le guidage du laser infrarouge, permettant la création de tels plasmas. D'autre part, l'analyse de la structure du profil transverse du signal X-UV en sortie calculé à partir de ce même code, nous a permis de mettre en évidence que le plasma amplificateur agissait comme un filtre spatial sur l'impulsion X-UV injectée.

The X-UV laser sources have been experiencing important development for about ten years. Ln this spectral range, we are now able to produce highly coherent and intense collimated sources which could have applications in medical imaging, photolithography, or for the diagnostic of dense plasmas. . . This thesis was dedicated to the modeling of the "OFI" X-UV laser, studied in the LOA (ENSTA, Palaiseau). This type of X-ray laser is generated following the ionization of a gas (Kr, Xe) by a high power infrared laser. The plasma generated by this interaction constitutes the X-UV source. The work produced during the thesis was about the amplification of an X-UV radiation injected in the plasma. Its purpose was to provide a more detailled analysis of spatio-temporal profile of the signal. Hence a new 3D numeric code has been developed. It uses a radiative transfer model including the Maxwell-Bloch equations. On the first hand, the results show that the temporal profile of the X-UV signal changes significantly during the amplification. For example, it can reveal very short intensity peaks (<100fs) at high saturation. As the latter can only be obtained with a plasma of several centimeters long, the experimental scheme using the guiding of the infrared laser has to be considered because it leads to the creation of such plasmas. On the other hand, the analysis of the transverse profile of the X-UV signal at the exit of the plasma demonstrated that the plasma amplifier acts as spatial filter of the injected X-UV laser pulse.