Optimisation de sources XUV générées par l'intéraction d'un laser sub-picoseconde avec un gaz rare

Optimisation of XUV sources generated by interaction of a sub-picosecond laser with a noble gas

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

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert radiatif

Ultraviolet lointain

Lasers à rayons X

Mots clés libres

Laser X

Xuv

Ofi

Chauffage ionique

Maxwell-Bloch

Guidage capillaire

Résumé

Ce travail de modélisation/simulation concerne l'étude d'un laser XUV généré par le schéma OFI dans des cibles gazeuses (krypton a 32. 8 nm et xenon a 41. 8 nm) étudié expérimentalement de façon intensive au LOA (ENSTA, Palaiseau). Le milieu amplificateur est créé dans un état fortement hors équilibre suite a l'interaction avec un laser infra-rouge de haut flux et très bref. L'examen des étapes de la création et de l'évolution de la cinétique atomique a permis de caractériser le plasma et d'envisager l'étude de l'amplification et le transport du rayonnement XUV. Ce dernier point a été considéré en fonction de différents paramètres (pression du gaz, intensité de pompe,. . . ). Un accent particulier a été mis sur l'influence de la dynamique des ions sur la raie d'émission. En effet, la composante ionique du plasma génère par OFI est initialement fortement couplée. Le modèle OCP applique a ce cas prédit des températures ioniques de quelques eV. L'étude des propriétés du laser a la sortie du plasma a montré que le chauffage ionique peut accroitre l'énergie du laser jusqu'a 20% dans le domaine des pressions d'intérêt pratique. D'autre part, des simulations basées sur des équations Maxwell-Bloch ont permis la comparaison entre les cas de très faible cohérence spatiale (ASE) et celui de forte cohérence spatiale (injection des harmoniques dans un amplificateur OFI). Dans ce dernier cas, l'approximation semi-adiabatique peut décrire l'amplification sur de longues distances. Aussi, l'approche semi-adiabatique, permet, même dans le cas injecté, de retrouver les caractéristiques des valeurs moyennes du signal XUV, mais pas celles du profit temporel ou spectral a forte saturation.

This work deals with a theoretical study of an optical-field-ionized soft-x-ray laser generated in gas targets (krypton at 32. 8 nm, xenon at 41. 8 nm). These sources are experimentally studied intensively at the LOA (ENSTA, Palaiseau). The amplifying medium is created in a highly nonequilibrium state due to the interaction with a short and intense infrared beam. The steps of creation of the plasma and evolution of the atomic kinetics in the medium were investigated in order to characterize the plasma and to study the amplification and transport of XUV radiation. This latter point was considered depending on different parameters (gas pressure, pump intensity,. . . ). Particular emphasis was placed on the influence of the ion dynamics on the emission line. The ionic component of the OFI plasma is initially strongly coupled. The OCP model applied to this case predicted ion temperatures of the order of a few e V. The properties of the output XUV laser showed that the ionic heating can increase the laser energy up to 20% in the range of pressures of practical interest. On the other hand, simulations based on Maxwell-Bloch equations allowed US to compare the case of very low spatial coherence (AS E) with that of high spatial coherence (injection of harmonics in an OFI amplifier). In this latter case, the semi-adiabatic approximation can describe the amplification over long distances of propagation. Also, the semi-adiabatic approach, allows, even in the case of injected regime, to describe the characteristics of the average values of the XUV signal, but not those of the temporal or spectral profile at saturation.