Thèse soutenue

Faisceaux vortex et vector-vortex de très haute charge par génération d'harmoniques : génération, caractérisation et amplification dans un plasma de laser X
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Auteur / Autrice : Alok Kumar Pandey
Direction : Sophie KazamiasOlivier Guilbaud
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 28/03/2022
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et Matière
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des deux infinis Irène Joliot-Curie (2020-....) - Laboratoire de physique des gaz et des plasmas (Orsay, Essonne ; 1965-....)
référent : Faculté des sciences d'Orsay
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Jacques Robert
Examinateurs / Examinatrices : Éric Constant, Eric Mevel, Shambhu Ghimire, Nirit Dudovich
Rapporteurs / Rapporteuses : Éric Constant, Eric Mevel

Résumé

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Ce manuscrit présente une étude complète de la caractérisation de faisceaux vortex de lumière intense femtoseconde a été effectuée. Ces faisceaux sont produits par insertion de lame de phase spirale sur le trajet du faisceau infrarouge et caractérisés par un Shack Hartmann. Cette méthode de caractérisation en phase et en amplitude du champ électrique du laser permet une décomposition modale précise et quantitative du faisceau dans la base des modes de Laguerre Gauss. Les lames utilisées permettent d’induire un moment angulaire de la lumière de valeurs entières 1 à 4, en positif ou négatif selon le sens de variation de la phase. Ces faisceaux ont ensuite été utilisés pour générer des harmoniques d’ordres élevés dans une cellule de gaz rare. Les faisceaux extrêmes ultraviolets ainsi produits ont été caractérisés par un Hartmann XUV. Des moments orbitaux aussi élevés que l = 100 peuvent être produits et complètement caractérisés à partir de l’harmonique 25 du faisceau infrarouge initial, vérifiant ainsi la loi indiquant que le moment angulaire orbital du faisceau vortex harmonique est égal au produit du moment du faisceau infrarouge par l’ordre harmonique. Un état plus complexe de la lumière a également été étudié : les faisceaux vecteurs vortex pour lesquels non seulement la phase spatiale du faisceau vérifie une dépendance azimutale mais dont la polarisation varie spatialement. Elle peut être radiale ou azimutale. La caractérisation de faisceaux harmoniques produits par des faisceaux infrarouges vecteur vortex permet de montrer qu’on obtient ainsi des faisceaux vecteur vortex dans l’extrême ultraviolet et qu’ils sont capables de se propager. La structure de ces faisceaux a été complètement décrite par des simulations numériques validées par les résultats expérimentaux. Enfin le dernier chapitre présente les premiers résultats d’amplification d’un vortex harmonique extrême ultraviolet dans un plasma de laser X collisionnel transitoire. Des effets fins de l’effet du moment angulaire orbital sur la propagation du faisceau dans le milieu amplificateur ont été démontrés et analysés, en comparaison avec des codes numériques. Le présent travail démontre que les plasmas de laser X permettent une amplification du faisceau harmonique capable d’en conserver toutes les propriétés spatiales, en particulier le moment angulaire orbital.