Éléonore Roussel
Univ. Lille, CNRS, UMR 8523 - PhLAM, Physique des Lasers, Atomes et Molécules, F-59000 Lille, France eleonore.roussel@univ-lille.fr
Le principe de fonctionnement des lasers à électrons libres (LELs), tout comme celui des lasers tradi- tionnels, est basé sur l’amplification de la lumière au sein d’un milieu amplificateur. Dans le cas des LELs, ce milieu se trouve être un paquet d’électrons relativistes généré à partir d’un accélérateur. Les LELs sont actuellement les sources aux courtes longueurs d’onde (ultraviolet extrême EUV et rayons X) les plus performantes mais leur cohérence longitudinale est encore marginalement maîtrisée. Des techniques telles que l’injection par une source cohérente externe (seeding) associée à un processus de conversion d’harmonique, permettent de pallier le manque de cohérence [1]. Cependant, les mécanismes de ce pro- cessus de conversion non-linéaire limitent la génération de lumière aux harmoniques d’ordre inférieur à 10–15 et ne permettent pas d’atteindre le domaine des X.
Ces dernières années, une nouvelle stratégie de conversion d’harmonique dans les LELs a vu le jour. Le principe, appelé Echo-Enabled Harmonic Generation (EEHG) [2], est basé sur le phénomène d’echo, effet dynamique connu depuis les années 60 [3], et qui peut être interprété comme un effet de mémoire à long terme. Dans un premier temps, une première modulation permet d’imprimer une modulation dans l’espace des phases mais sans conséquences visibles (par exemple un feuilletage). L’existence de cette structure est ensuite révélée lorsqu’une seconde modulation est appliquée au système.
Cet effet a été observé dans des domaines variés comme les plasmas [4], l’hydrodynamique [5], l’équa- tion de Kuramoto [6], les gaz classiques [7], les atomes froids [8]. Ici, la manipulation d’électrons relati- vistes à l’aide de deux lasers externes permet de générer du rayonnement X cohérent via le phénomène d’echo. L’EEHG est actuellement considéré comme une technique révolutionnaire pour la génération de rayonnement laser dans les domaines EUV et les rayons X.
Nous développons ici le principe de fonctionnement du feuilletage de l’espace des phases de paquets d’électrons relativistes et montrons des résultats numériques démontrant la possibilité de générer du rayonnement X cohérent. Ensuite, nous présentons la première démonstration expérimentale de l’utilisa- tion de ce principe d’echo pour la génération de rayonnement X cohérent sur le LEL italien FERMI [9].
Références
1. L. H. Yu, Generation of intense UV radiation by subharmonically seeded single-pass free-electron lasers, Phys. Rev. A, 44, 5178–5193 (1991).
2. G. Stupakov, Using the beam-echo effect for generation of short-wavelength radiation, Phys. Rev. Lett., 102, 074801 (2009).
3. R. W. Gould, Plasma wave echo, Phys. Rev. Lett., 19, 219 (1967).
4. J. H. Malmberg, C. B. Wharton, R. W. Gould & T. M. O’Neil, Observation of plasma wave echoes, Phys. Fluids, 11, 1147 (1968).
5. J. Vanneste, P. J. Morrison & T. Warn, Strong echo effect and nonlinear transient growth in shear flows, Phys. Fluids, 10, 1398 (1998).
6. E. Ott, J. H. Platig, T. M. Antonsen & M. Girvan , Echo phenomena in large systems of coupled oscillators, Chaos, 18, 037115 (2008).
7. T. W. Mossberg, R. Kachru, E. Whittaker & S. R. Hartmann, Temporally recurrent spatial ordering of atomic population in gases: Grating echoes, Phys. Rev. Lett, 43, 851 (1979).
8. D. V. Strekalov, Andrey Turlapov, A. Kumarakrishnan & Tycho Sleator, Periodic structures generated in a cloud of cold atoms, Phys. Rev. A, 66, 023601 (2002).
9. E. Allariaet al., Two-stage seeded soft-X-ray free-electron laser, Nat. Photonics, 7, 913–918 (2013)
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174 rencontre du non-linéaire 2019
Ondes de surface produites par le déplacement d’un objet solide
Jose Antonio Trejo Gutierrez1, Ivonne Judith Hernandez Hernandez1& Gerardo Ruiz Chavarria1
Facultad de Ciencias, Universidad Nacional Autonoma de Mexico. Ciudad Universitaria, 04510 Ciudad de Mexico, Mexique
gruiz@unam.mx
Nous présentons dans cette contribution une étude sur la production des ondes de surface par le déplacement d’une plaque. On considèré deux cas : a) production des ondes de surface par un batteur partialement immergé [1] et b) production des ondes de surface par le déplacement d’une plaque située au fond [2]. D’abord on présente les solutions de la théorie linéaire non visqueuse. Dans les deux cas le déplacement de la plaque produit un écoulement de volume mais ègalement une onde de surface liée elle-même à un champ de vitesse. Ensuite nous présentons des résultats expérimentaux et numériques dans lesquelles la viscosité et les effets non-linéaires sont pris en compte. Dans les expériences, nous avons reconstruit la forme de la surface libre avec la méthode de Schlieren synthétique [3] tandis que pour les simulations numériques nous avons utilisé Gerris [4], un outil numérique pour ressoudre les équations de Navier–Stokes et continuité. Pour le cas du déplacement de la plaque situé au fond il y a un bon accord entre la théorie linéaire et les données expérimentales, sauf quand la vitesse de déformation du fond est comparable ou supérieure à la vitesse de phase [5]. En revanche pour le cas des vagues produites par l’oscillation vertical d’un batteur, il apparaît un champ de vitesse dont la grandeur croît avec l’amplitude de l’oscillation de la plaque. Nos résultats nous indiquent que cet écoulement est lié au détachement de la couche limite qui se forme sur les parois verticales du batteur. Ce détachement apparait quand la vi- tesse et l’accélération de la plaque ont des signes opposés. Ces résultats pourraient expliquer la formation des cellules de recirculations qui ont été rapportés par Ruiz Chavarria et al. [1] et par Punzmann et al. [6]. Remerciements : Les auteurs remercient la DGAPA-UNAM pour le soutien dans le contrat PAPIIT IN114218 (Vorticidad y ondas (internas y de superficie) en dinamica de fluidos). Ivonne Judith Hernandez Hernandez remercie la DGAPA-UNAM pour l’attribution d’une bourse posdoctorale.
Références
1. G. Ruiz Chavarria, P. Le Gal & M. Le Bars, Geometrical focusing of surface waves, Phys. Rev. Fluids, 3, 094803 (2018).
2. T. Jamin, L. Gordillo, G. Ruiz Chavarria, M. Berhanu & É. Falcon, Experiments on generation of surface waves by an underwater moving motion, Proc. R. Soc. Lond. A, 471, 20150069 (2015).
3. F. Moisy, M. Rabaud & K. Salsac, A synthetic Schlieren method for the measurement of the topography of a liquid surface, Exp. Fluids, 46, 1021–1036 (2009).
4. http://gfs.sourceforge.net/wiki/index.php
5. M. Le Gal, D. Violeau & M. Benoit, Influence of timescales on the generation of seismic tsunamis, Eur. J. Mech. B, 65, 257–273 (2017).
6. N. Punzmann, H. Francois, H. Xia, G. Falcovich & M. Shats, Generation and reversal of surface flows by propagating waves, Nat. Phys., 10, 658–663 (2014).
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rencontre du non-linéaire 2019 175