Compression attoseconde dans un film solide

Mˆeme si les harmoniques basses sont supprim´ees, les impulsions du train comportent un ´elargissement dˆu `a la d´erive de fr´equence attoseconde. Nous avons vu que l’existence d’une telle d´erive imposait un nombre optimal d’harmoniques Nopt `a s´electionner pour obtenir les impulsions les plus br`eves possibles. Il est possible d’ajuster le nombre d’har- moniques pr´esentes apr`es filtrage en modifiant l’´eclairement laser, et donc la position de la coupure. Cependant, la d´erive de fr´equence ∆te d´ependant elle-mˆeme de cet ´eclaire- ment, le compromis peut ˆetre d´elicat `a trouver. Une solution `a ces probl`emes serait de rendre les harmoniques synchrones et ainsi de comprimer les impulsions attosecondes.

4.10. S ´ELECTION SPECTRALE ET COMPRESSION D’IMPULSIONS ATTOSECONDES

Milieu à DVG négative

Fig. 4.25: Principe de la compression d’impulsion attosecondes.

Le manque de synchronisation des harmoniques est intrins`eque au processus de g´en´e- ration. Son caract`ere extr`emement r´egulier permet toutefois d’en envisager simplement la correction. Ainsi, dans un milieu `a dispersion de vitesse de groupe (DVG) n´egative, les fr´equences les plus ´elev´ees voyagent plus vite que les plus faibles. Les harmoniques hautes ´etant ”en retard” dans l’´emission, la propagation dans un tel milieu leur permet- trait de rattraper les basses (figure4.25). Nous avons pr´esent´e au paragraphe pr´ec´edent les transmissions de divers composants m´etalliques. La propagation dans ces filtres n’induit pas seulement une modification des amplitudes des diff´erentes composantes spectrales, mais peut ´egalement affecter la phase spectrale du rayonnement. La figure

4.26repr´esente le retard de groupe en fonction de l’´energie lors de la transmission dans un film d’aluminium de 200 nm d’´epaisseur. Jusqu’`a l’harmonique 35, le retard diminue lorsque l’´energie augmente, ce qui est caract´eristique d’une DVG n´egative. Cette DVG diminue avec l’´energie, et devient positive ou nulle selon la source des donn´ees pour un ordre sup´erieur `a 39, c’est `a dire au voisinage du seuil d’absorption. Un tel filtre peut donc ˆetre utilis´e pour compenser la d´erive de fr´equence du rayonnement harmo- nique. La modification de l’´epaisseur de mat´eriau travers´ee permet d’ajuster finement le facteur de compression, ce qui rend la m´ethode tr`es flexible. Une ´etude th´eorique r´ecente propose d’employer une technique similaire pour compresser des impulsions at- tosecondes plus ´energ´etiques (Kim et al., 2004). En utilisant un filtre d’´etain de 700 nm d’´epaisseur, il serait possible d’obtenir des impulsions de dur´ee inf´erieure `a 50 as centr´ees sur l’harmonique 100.

Les mesures RABBITT des phases harmoniques ont ´et´e r´ealis´ees `a Lund en fonction de l’´epaisseur d’aluminium travers´ee, avec le dispositif exp´erimental pr´esent´e au chapitre pr´ec´edent (Lopez-Martens et al.,2005). Pour des raisons pratiques, cette ´epaisseur ´etait modifi´ee en ajoutant sucessivement des filtres de 200 nm d’´epaisseur. La figure 4.27(b) pr´esente les instants d’´emission mesur´es pour les harmoniques 13 `a 35 g´en´er´ees dans l’argon `a 1.4×1014<sub>W/cm</sub>2<sub>. Toutes les harmoniques parvenant dans le spectrom`etre sont</sub> ici mesur´ees. L’effet de la DVG n´egative de l’aluminium est clairement visible : lorsque l’´epaisseur d’aluminium travers´ee augmente, la pente de la courbe, qui n’est autre que la d´erive de fr´equence ∆te, diminue. Elle est quasiment nulle lorsque l’on utilise trois filtres. Dans ce cas, on remarque que les harmoniques les plus faibles sont sur-compens´ees : la dispersion de vitesse de groupe ´etant plus forte dans cette r´egion (figure 4.26), elle

4.10. S ´ELECTION SPECTRALE ET COMPRESSION D’IMPULSIONS ATTOSECONDES 11 15 19 23 27 31 35 39 43 47 0 100 200 300 0.0 0.2 0.4 0.6 R e ta rd d e g ro u p e ( a s ) Ordre harmonique T ra n s m is s io n

Fig. 4.26: Transmission (tirets) et retard de groupe (ligne continue) induits par la propa- gation dans 200 nm d’aluminium. Les donn´ees de plus basse ´energie proviennent de Palik

(1998), et celles de plus hautes ´energies du CXRO (CXRO,2005).

(a)

(b)

(c)

_(d)

Fig. 4.27: (a) Intensit´es et (b) instants d’´emission des harmoniques apr`es propagation dans 1 (triangles), 2 (carr´es) et 3 (disques) filtres d’aluminium de 200 nm d’´epaisseur. (c) : Profils temporels correspondants pour une impulsion attoseconde du train. Les pointill´es repr´esentent la limite de Fourier. (d) : Champ ´electrique de l’impulsion comprim´ee. D’apr`es

annule compl`etement la d´erive de fr´equence positive et induit mˆeme une faible d´erive de fr´equence n´egative. Un tel effet n’existe pas pour les ordres les plus ´elev´es, puisque la DVG de l’aluminium y est presque nulle. N´eanmoins, ces harmoniques se trouvant dans la coupure, leur synchronisation est naturellement meilleure (la derni`ere harmonique mesur´ee ne satisfait pas cette propri´et´e, mais est tr`es faible et contribue peu au train d’impulsions attosecondes).

L’effet de la compensation de la d´erive de fr´equence sur le profil temporel des impulsions attosecondes est pr´esent´e sur la figure4.27(c). L’impulsion voit sa dur´ee `a mi-hauteur r´eduite de 290 as avec un filtre `a 170 as avec trois filtres. Le profil de l’impulsion comprim´ee est tr`es proche de la limite de Fourier. Cette impulsion ayant une fr´equence centrale de 30 eV et une largeur spectrale de 30 eV, elle est quasiment monocycle : la repr´esentation du champ ´electrique temporel montre qu’il n’y a que 1.2 oscillation `a mi- hauteur. On parvient ainsi grˆace `a un contrˆole fin des amplitudes et phases spectrales harmoniques `a atteindre les limites impos´ees par la p´eriode de l’oscillation du champ ´

electrique UVX.

L’utilisation de trois filtres d’aluminium de 200 nm s’accompagne d’une importante diminution des intensit´es harmoniques (figure 4.27(a)). La transmission th´eorique de l’aluminium pr´esent´ee sur la courbe4.26ne suffit pas `a expliquer cet effet. Il existe une att´enuation suppl´ementaire qui peut ˆetre attribu´ee `a la pr´esence d’une couche d’alu- mine Al2O3 due `a l’oxydation du filtre `a l’air. Cette couche introduit ´egalement une modification de la DVG du filtre. Une fois l’´epaisseur optimale d’aluminium d´etermi- n´ee, il serait plus judicieux d’utiliser un filtre unique de 600 nm afin de perdre moins d’´energie.