Sources cohérentes de laboratoire dans l’extrême ultraviolet

Abstract

Refl ets de laLes sources lumineuses émettant dans le domaine extrême ultraviolet * (EUV) du spectre sont particulièrement recherchées pour plusieurs raisons, liées respectivement à la longueur d'onde, à l'énergie et à la période des ondes et photons associés.Premièrement, la limite de résolution théorique d'un microscope ou, récipro-quement, la limite de focalisation d'un faisceau, est proportionnelle à la longueur d'onde utilisée pour une ouverture numérique donnée : les courtes longueurs d'onde sont donc proportionnellement favorisées.Deuxièmement, les photons EUV ont des énergies * élevées (6 à 300 eV), comparables à celles requises pour ioniser directement la matière diluée ou solide : une spectroscopie extrêmement riche s'est développée à partir de cette constatation comme, par exemple, la spectroscopie de coïncidences et la spectroscopie Auger.Enfi n, c'est une zone du spectre très étendue (≈ 300 eV), dans laquelle les périodes des ondes électromagnétiques sont courtes (12 à 700 attosecondes (as)) : ceci donne l'opportunité d'y synthétiser des impulsions extrêmement brèves, plus brèves que celles obtenues dans le domaine visible qui sont limitées à quelques femtosecondes.Naturellement, toutes ces applications bénéfi cient, voire requièrent, une source EUV cohérente (voir encadré 1). En effet, une source cohérente spatialement gagne en focalisabilité et en éclaire-ment * ; une source cohérente temporellement correspond à une raie spectralement fi ne, indispensable en spectroscopie ; enfi n, à l'inverse, un rayonnement cohérent spectralement correspond potentiellement à des impulsions ultra-brèves.Cependant, lorsqu'on souhaite bénéfi -cier d'une certaine cohérence dans ce domaine spectral, on est souvent réduit à fi ltrer des sources intenses, de type synchrotron, à la façon de ce qui se faisait dans le visible avant l'avènement des lasers, ou à recourir aux lasers à électrons libres, disponibles depuis peu. Le coût de telles machines et le temps de faisceau disponible restreignent drastiquement les durées d'accès des utilisateurs au faisceau. De plus, de nombreuses expériences, comme par exemple les techniques pompesonde * , y sont très diffi ciles en raison de la gigue temporelle * importante du faisceau. La demande de solutions alternatives est donc élevée, et plusieurs approches basées sur l'interaction laser-matière sont à l'étude en France [1].Elles utilisent différents processus, basés soit sur la conversion de fréquence de lasers, soit sur l'émission de rayons X de plasmas chauds produits par laser. Dans cet article, nous nous focalisons sur les techniques à base de Génération d'Harmoniques d'ordres Élevés (GHE) d'un laser, qui se rangent dans la première catégorie. Nous présentons d'abord le principe de la GHE, découverte il y a 20 ans, qui constitue un outil aujourd'hui mature pour les applications. Nous montrons ensuite comment elle peut servir de source primaire pour deux développements importants : la fabrication d'impulsions EUV intenses et la synthèse d'impulsions EUV attosecondes. Thierry Ru...

Spectroscopies chiroptiques. Quand la lumière explore l’asymétrie de la matière

“…Lorsque l'ionisation est provoquée par des impulsions laser ultrabrèves et intenses, les effets de champ fort inhérents à ce domaine se révèlent aussi sensibles à la chiralité. C'est le cas de la génération d'harmoniques d'ordre élevé au sein d'un gaz, qui résulte de la recombinaison de l'électron émis sur le coeur ionique [4]. Quand le gaz est composé de molécules chirales, le spectre des harmoniques d'ordre élevé généré dépend de l'énantiomère considéré dès lors que l'impulsion laser incidente à partir de laquelle les harmoniques sont générées est polarisée elliptiquement.…”

Vortex optiques en interaction avec des atomes

“…La forte non-linéarité est ce qui caractérise la Génération d'Harmoniques d'Ordre Élevé (GHOE) [6], un processus observé lorsque l'on focalise une impulsion courte et très intense dans une vapeur atomique. Dans ce régime de champ fort, le champ électrique de l'onde laser appliquée est comparable au champ électrique intraatomique.…”

Générer des impulsions laser ultra-brèves de très haute intensité : la technique du CPA

“…Le lien de transformée de Fourier existant entre temps et fréquences nous enseigne qu'il faut pour cela un très large spectre s'étendant dans l'extrême ultraviolet (UVX) et dont les différentes fréquences soient toutes en phase, donc un rayonnement UVX cohérent de très large bande [21]. Une solution pour obtenir un tel rayonnement a été identifiée dans les années 1990 : [23].…”

“…Une solution pour obtenir un tel rayonnement a été identifiée dans les années 1990 : [23]. Lorsque le champ laser oscillant atteint un maximum, il peut arracher par effet tunnel des électrons et les réaccélérer vers leurs ions parents une demi-période plus tard quand il change de signe ; cette « recollision » peut donner lieu à une recombinaison radiative de l'électron avec son ion parent, résultant en l'émission de flashs attosecondes de rayonnement UVX [21] ( fig. III.3).…”

“…En focalisant le faisceau laser sur une petite surface (S), il est alors possible d'obtenir de très hautes intensités -ou éclairements du point de vue photométrique (voir la partie sur les intensités fortes, pp. [20][21][22][23][24] : I = E / (S Dτ).…”