Optimisation du contrôle du laser pilote pour un accélérateur laser-plasma à haute qualité de faisceau

Optimisation of laser driver control operation for high beam quality laser-plasma accelerator

• Auteur / Autrice : Gueladio Kane
• Direction : Fabian Zomer
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique des accélérateurs
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulat
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique des deux Infinis Irène Joliot-Curie
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Laser

Plasma

Accélération

Laser

Plasma

Acceleration

Résumé

L'accélération laser-plasma est l'une des voies prometteuses pour la conception des futurs accélérateurs de particules. Au cours des vingt dernières années, de nombreuses démonstrations spectaculaires ont été réalisées en termes de gradient d'accelérations et de compacité. Cependant, la transition vers un accélérateur conçu comme une machine d'exploitation quotidienne nécessite l'élimination de plusieurs freins technologiques [1,2]. Dans un accélérateur, l'injecteur peut être un sous-système crucial; il émet habituellement un faisceau d'électrons à des dizaines de MeV, et ses caractéristiques — comme l'émittance, la durée du paquet d'électron et la dispersion énergétique — ont un impact important sur les paramètres du faisceau final. Au cours de la thèse, l'étudiant étudiera l'impact de l'erreur du laser sur la performance de l'injecteur laser plasma en cours de développement à l'IJClab. Le doctorant travaillera sur la caractérisation avancée du laser (etude complète du champ électromagnétique) dans la région d'interaction pour l'optimisation tir à tir du faisceau d'électron. L'étudiant travaillera sur le code PIC SMILEI [3] et sur un code fait maison pour la modélisation du processus d'accélération par sillage plasma . La partie principale du travail de thèse sera la mise en œuvre d'une surveillance et d'un contrôle complets du laser pilote dans la région d'interaction. L'étudiant mettra également en place le système d'acquisition pour une optimisation contrôlée tir à tir du faisceau d'électrons. Le travail de thèse portera donc sur de la modélisation ainsi qu'un travail expérimental/instrumentation avec de l'analyse des données.

Laser-plasma acceleration is one of the promising paths for designing future particle accelerators. Numerous spectacular demonstrations in terms of high accelerating gradients and compactness have been made over the last twenty years. However, the transition to an accelerator designed as a daily operating machine requires the removal of several technological bottlenecks [1,2]. In an accelerator, the injector can be a crucial subsystem; it usually delivers an electron beam at the tens of MeV level, and its characteristics— such as emittance, bunch duration and energy spread—strongly impact the parameters of the final beam. During the thesis, the student will study the impact of laser driver error on the performance of the laser-plasma injector being developed at IJClab. The PhD student will work on advanced laser characterisation (full field) in the interaction region for online laser-plasma injector beam optimisation. The student will work on the PIC code SMILEI [3] and homemade code for the modelisation of the laser wakefield acceleration process. The main part of the thesis work will be the implementation of a full laser driver monitoring and control in the interaction region and related acquisition system for an online controlled optimisation of the electron beam. The thesis work can be modelisation and experimental/instrumentation work with data analysis.