Aberration-free laser beam in the soft x-ray range

Abstract

By seeding an optical-field-ionized population-inverted plasma amplifier with the 25th harmonic of an IR laser, we have achieved what we believe to be the first aberration-free laser beam in the soft x-ray spectral range. This laser emits within a cone of 1.34 mrad(1/e(2)) at a repetition rate of 10 Hz at a central wavelength of 32.8 nm. The beam exhibits a circular profile and wavefront distortions as low as lambda/17. A theoretical analysis of these results shows that this high beam quality is due to spatial filtering of the seed beam by the plasma amplifier aperture.

Bloch–Maxwell treatment of amplification of high harmonic seed in soft x-ray laser amplifiers in both direct and chirped amplifications

“…Seeding relies on the use of high harmonics generated by the interaction of femtosecond laser with rare gas. The HHG beam is both spatially and temporally coherent and may exhibit diffraction-limited wavefront [12]. However, in this configuration HHG typically exhibits a 20 fs duration that is too short, as demonstrated here.…”

“…FLASH in Germany and recently LCLS in the USA have transformed x-ray science with the achievement of outstanding intensities between 10 16 [1] and 10 18 W cm À2 [2]. In the last few years, thanks to the unique combination of extremely high photon number per pulse (w10 12 ) and short pulse duration (<50 fs), new imaging techniques revealing structures and dynamics of matter at unprecedented time and space scales, the creation of new states of matter [3], non-linear x-ray effects [4] have been demonstrated.…”

Caractérisation spectrale des lasers XUV

“…Ce nouveau mode d'amplification du laser XUV permet d'améliorer considérablement la qualité optique du faisceau laser XUV, en particulier sa cohérence spatiale, par rapport au mode d'amplification d'émission spontanée (ASE) utilisé jusqu'à récemment. L'injection d'harmonique a d'abord été démontrée au LOA [7], dans un laser XUV pompé par ionisation par champ laser (OFI: Optical Field Ionization) d'un gaz de xénon, puis de krypton [8]. Cette méthode a ensuite été étendue à un laser X transitoire fonctionnant avec du titane [9], puis des éléments plus lourds (jusqu'au cadmium [10]), par l'équipe de JJ Rocca (CSU, Etats-Unis).…”

“…Nous avons mesuré la cohérence temporelle du laser XUV OFI en mode injecté, développé au LOA [8]. Ce laser est émis à 32 nm à la longueur d'onde de la raie 4d-4p du krypton nickeloïde.…”

Sources cohérentes de laboratoire dans l’extrême ultraviolet

“…Il est cependant possible, par des techniques de fenêtrage, de réduire ce train à une ou quelques impulsions. De cette façon, des impulsions attoseconde uniques ont pu être synthétisées, en partant d'un laser de 10 fs [7].…”