Le dispositif exp´erimental est repr´esent´e `a la figureII.32. Le laser femtoseconde du Lund Laser Center d´elivre des impulsions de 35 f s centr´ee `a 815 nm avec en sortie du compresseur une ´energie disponible de 2 mJ . Le diam`etre du faisceau est de ≈ 12 mm. Le faisceau est alors divis´e en deux parties `a l’aide d’une lame 50/50. Une partie du faisceau servira de sonde apr`es la travers´ee d’un syst`eme de post-compression : le faisceau est focalis´e par un miroir en or de 1 m de focale dans une fibre creuse de diam`etre 300 µm et de longueur ≈ 65 cm. La fibre est plac´ee dans une enceinte ´etanche remplie d’argon `a une pression de 300 mbar. La compensation totale de 200 f s2 est r´ealis´ee par une s´erie de miroirs ”chirp´es”. En sortie, la dur´ee de l’impulsion est de τIR = 12 f s avec une ´energie disponible de 500 µJ .
La seconde partie du faisceau passe `a travers une ligne `a retard variable et traverse ensuite les deux lames quart d’onde (identiques `a celles utilis´ees `a CELIA) qui permettent de moduler la polarisation de l’impulsion. Le faisceau est ensuite focalis´e avec un miroir di´electrique de focale 50 cm dans une cellule de longueur 3 mm remplie d’argon (PAr = 30 mbar) pour
produire les harmoniques. L’´energie disponible est de 900 µJ . La demi-largeur en 1/e2 du
faisceau IR focalis´e est wIR = 30 µm en consid´erant un ordre effectif de non lin´earit´e ´egal `a 3,
la demi-largeur en 1/e2 de la source harmonique est w
V U V = 17µm. Le champ infrarouge est
stopp´e avec un filtre en aluminium d’´epaisseur 2000 ˚A. La source harmonique est imag´ee par un miroir sph´erique en or de focale 20 cm dans la r´egion sensible du spectrom`etre `a temps de vol (pr´esent´e page109). La demi-largeur en 1/e2 du faisceau VUV est estim´ee `a 30 µm `a une distance de 24 cm du miroir correspondant `a la distance entre la r´egion sensible et le miroir. Le gaz dans le spectrom`etre (argon) est inject´e continˆument. La pression dans la zone sensible est de ≈ 10−4 mbar. Le faisceau sonde est ´egalement focalis´e dans la zone de d´etection du spectrom`etre par le mˆeme miroir. La taille de la zone de collection du spectrom`etre est de l’ordre de 200 µm.
Le r´eglage du recouvrement temporel et spatial du faisceau VUV et IR est effectu´e en dehors de l’enceinte sous vide. Nous avons utilis´e le faisceau fondamental IR et la sonde IR avec une g´eom´etrie du dispositif rigoureusement identique. Un miroir sph´erique de focal f=20 cm en aluminium remplace le miroir en or du TOF et un trou de diam`etre 200 µm plac´e `
a 24 cm du miroir repr´esente le centre de la zone sensible du TOF. Le trou nous a servi `a effectuer le recouvrement spatial. Le recouvrement temporel a ´et´e r´ealis´e `a l’aide d’une lame
Filtre Al 2000 Ǻ VUV Miroir Or f= 20 cm Miroir f= 50 cm Ligne àretard Lame 50/50 Fibre creuse Miroirs Chirpés Cellule Spectrom ètre à temps de vol Lames λ/4 2 mJ 35 fs 500 µJ 12 fs Iris Miroir f= 50 cm Miroir f= 1 m VUV+IR VUV IR Z one de co llec tion des é lec trons m d µ 200 ≈ Spectrom ètre à temps de vol
de verre situ´ee `a la place du trou. Lorsque les deux faisceaux se recouvrent, un continuum apparaˆıt. Individuellement chaque impulsion ne produit pas de continuum. Sur le miroir, les deux faisceaux sont s´epar´es de 1,5 cm et la distance trou-miroir est de 24 cm, l’angle entre les deux faisceaux est ´egal `a θ ≈ 1,5/24 ≈ 3,6Dg.
Dans la r´egion de collection des ´electrons, la r´esolution est limit´ee par la configuration g´eo- m´etrique non-collin´eaire du faisceau infrarouge et du faisceau VUV. Elle est d´efinie par la diff´erence temporelle maximale entre l’impulsion IR et VUV lorsque au point A les deux fais- ceaux se recouvrent parfaitement (∆t0) (cf. figureII.33 `a gauche) et la diff´erence temporelle maximale due `a des parcours optiques diff´erents (∆t) (pour une meilleure compr´ehension, on consid`ere une faisceau VUV fin, cf. figure II.33 `a droite). La r´esolution g´eom´etrique s’´ecrit :
τres= ∆t + ∆t0 = L c (1 − cos θ) + dV U V c sin θ ≈ L θ2 2 c + dV U V c θ (II.21) θ L IR VUV ∆t’ dVUV Sens propagation Axe TOF A θ L IR VUV Sens propagation A B ∆t
Fig. II.33 : Configuration g´eom´etrique du faisceau sonde IR et du faisceau VUV
Avec L=200 µm d´efinissant la zone sensible du TOF et θ= 3,6 Dg, on obtient τres ≈ 21
f s. Par contre, nous n’avons pas pu estimer la fluctuation du retard temporel dite ”jitter” de nature m´ecanique entre les deux impulsions qui peut d´egrader la r´esolution du syst`eme (le chemin optique des faisceaux est d’environ 3 m).
L’intensit´e de la sonde est r´egl´ee `a l’aide d’un diaphragme. Dans la zone sensible du TOF, le diam`etre du faisceau IR (≈ 1 mm) est beaucoup plus important que celui du faisceau VUV, ainsi il interagit avec le faisceau IR `a intensit´e constante. La polarisation du faisceau sonde est parall`ele `a l’axe de d´etection du spectrom`etre et celle du faisceau harmonique d´epend de l’angle β de la seconde lame.
Le compresseur du laser est ajust´e pour compenser la dispersion accumul´ee lors de la travers´ee de la lame 50/50 et des deux lames quart d’onde. On ´evite ainsi toute modification
de l’ellipticit´e de l’impulsion en sortie des lames par une d´erive de fr´equence de l’impulsion fondamentale.
La longueur d’onde du laser est diff´erente de celle pour laquelle la lame multi-ordre est quart d’onde. Comme nous l’avons vu `a la section 2.4 (page 80), en tournant la lame, nous pouvons ajuster le d´ephasage introduit par la lame pour obtenir une lame quart d’onde `a la longueur d’onde laser. Nous utilisons le crit`ere suivant : en porte large, une polarisation elliptique r´esiduelle ne favorise pas l’´emission harmonique contrairement `a une polarisation lin´eaire. La position de la lame est ad´equate lorsqu’en porte large, le signal harmonique est maximum. L’angle exp´erimental et calcul´e ont des valeurs tr`es similaires (≈ 60◦ pour ϑ = 45◦). La rotation de la lame multi-ordre augmente le d´elai te de moins de 1 f s.
Spectrom`etre `a temps de vol de type bouteille magn´etique
Le spectrom`etre `a temps de vol ou bouteille magn´etique est un spectrom`etre de grande efficacit´e de collection. Son principe est le suivant : la zone d’interaction, situ´ee entre les deux pˆoles d’un ´electroaimant, est soumise `a un fort champ magn´etique Bp (1 T ). Les pho-
to´electrons ´eject´es ont, sous l’action de la force de Lorentz, un mouvement h´elico¨ıdal `a la fr´equence cyclotron ωp = e Bp/m (e charge de l’´electron et m sa masse). L’´electron p´en`etre
ensuite dans le temps de vol o`u r`egne un champ magn´etique Bt (10−3 T ). Sur l’axe du temps
de vol, le champ magn´etique varie continˆument de Bp `a Bt. La composante de la vitesse
perpendiculaire `a l’axe du spectrom`etre est : v = v0
s
1 − Bt Bp
sin2θp (II.22)
θp est l’angle entre la vitesse initiale −→v0 et
− →
Bp. Dans notre cas, les ´electrons sont conduits
parall`element jusqu’au d´etecteur. L’efficacit´e du syst`eme varie selon les mod`eles de 15 % `a 50 %. Les spectrom`etres `a bouteille magn´etique tr`es sensibles au champ magn´etique terrestre utilisent un dispositif de compensation ext´erieur.