Ligne de lumière IR-XUV

4.2.1.1 Séparation des faisceaux et génération des harmoniques

Le faisceau infrarouge est tout d’abord séparé en deux bras indépendants à l’aide d’une lame séparatrice 70/30. Le premier faisceau est envoyé dans une chambre de génération d’harmoniques. Il est focalisé dans une cellule de 3 mm de long dont les ouvertures sont obstruées par un film d’aluminium de 100 nm. La cellule est remplie du gaz générateur des harmoniques (xénon, argon ou krypton). Le faisceau laser est suffisamment puissant pour perforer les films d’aluminium bouchant l’entrée et la sortie de la cellule et le trou créé est suffisamment petit pour conserver une pression constante de 20 mbar dans la cellule. La dépendance de la fréquence de coupure avec le potentiel d’ionisation des atomes composant le gaz générateur (IP+3.17×Up) implique une largeur du spectre d’harmoniques différente pour le xénon, l’argon et le krypton. Les énergies harmoniques maximales obtenues sont 21 ω₀ (Xe), 25 ω₀ (Kr) et 31 ω₀ (Ar) avec ω₀ l’énergie d’un photon infrarouge à 800nm. Le rendement de génération d’harmoniques est typiquement de 10⁻⁶, ce qui correspond à une énergie inférieure à 10 nJ par train d’impulsions XUV pour une énergie de 10mJ par impulsion infrarouge incidente. Leur production peut notamment être optimisée à l’aide du compresseur du laser infrarouge et de la pression du gaz générateur. En raison du caractère hautement

Figure 4.1 – Schéma du Dispositif expérimental

non-linéaire du mécanisme de HHG, le spectre et le rendement est extrêmement sensible à toute variation, fluctuation des propriétés du faisceau pompe ou de la chaine de générations.

Le faisceau XUV traverse ensuite un filtre en aluminium de 0.2 μm. Ce dernier

est indispensable pour bloquer le faisceau infrarouge. L’efficacité de transmission du filtre permet l’extinction des harmoniques basses du spectre : seules les harmo-niques supérieures à H9 le traversent. Le faisceau passe ensuite dans la chambre de recombinaison avec le faisceau infrarouge du second bras. Le filtre introduit aussi une dispersion négative (GVD<0) permettant de compresser les impulsions XUV.

4.2. Dispositif pompe sonde XUV-IR femtoseconde 155 Le deuxième bras comprend 2 platines de translation pour régler le délai pompe sonde. La première est une platine mécanique standard dont le pas minimum est de Δt=6.7 fs et pouvant atteindre des délais de plusieurs dizaines de picosecondes. La seconde platine est piezoélectrique, elle est nécessaire pour étudier des délais attosecondes avec une résolution maximum de Δt=100 as.

4.2.1.2 Recombinaison des faisceaux XUV et IR

Les deux bras de la ligne de lumière, XUV (bras 1) et IR (bras 2), sont recombinés à l’aide d’un miroir torique percé en son centre et de distance focale f=2 m. Il réfléchit le faisceau 2 (IR) colinéairement au faisceau 1 (XUV) et le focalise au centre du spectromètre VMI. Un monochromateur composé d’un réseau de diffraction, d’un détecteur à galettes de microcanaux et d’un écran de phosphore de 70 mm de diamètre, est placé dans l’axe des faisceaux IR et XUV, après le VMI. Il est possible de retirer le réseau de diffraction pour régler le recouvrement spatial des faisceaux provenant des deux bras. Pour cela, on retire le filtre d’aluminium en sortie de chambre de génération d’harmoniques pour laisser passer le faisceau infrarouge et on observe le recouvrement des deux faisceaux sur une caméra en champ lointain. Le réglage porte sur le faisceau du bras 2 en optimisant la position du miroir de recombinaison.

4.2.2 Source de molécules.

Les contraintes spatiales du dispositif de détection existant au MBI nous ont amené à repenser la conception de la source à sublimation de molécules. Le four utilisé dans les expériences précédentes (chapitres 2 et 3) est toujours à la base du dispositif de production des molécules en phase gaz. Cependant son éloignement par rapport à la zone d’interaction au centre du détecteur (20 cm) ne nous permet pas en l’état de disposer d’un jet moléculaire suffisamment dense. Nous avons conçu un tube chauffant de 17.5 cm de long directement connecté à la sortie du four. Il est constitué d’un tube en céramique de 3 mm de diamètre extérieur et 1.5 mm de diamètre intérieur entouré d’un fil chauffant en alliage Nickel-Chrome et d’une gaine isolante en céramique. Le tube dispose de sa propre alimentation indépen-dante de celle du four. L’ensemble est relié par sa base à un soufflet réglable dans

les 3 dimensions X,Y et Z. Ce système nous permet d’approcher la source à moins de 5 cm du centre du détecteur et nous assure une densité de matière importante. L’extrémité du tube étant en céramique, nous pouvons approcher la source au delà du bouclier en μ-métal (∼ 1 cm) sans trop perturber le champ électrique statique

du détecteur.

Un dispositif constitué d’une vanne pulsée et d’un skimmer permet de produire un jet atomique ou moléculaire à partir d’une source gazeuse. Il est relié à différentes sources, notamment de l’argon et de l’hydrogène pour effectuer les calibrations du délai pompe-sonde.

Nous avons conservé la possibilité de descendre la pointe du tube jusqu’au centre du détecteur pour éventuellement effectuer des mesures en absorption. Dans cette configuration, une cellule percée sur toute sa longueur pour laisser passer les fais-ceaux, est attachée au bout du tube chauffant sur un modèle analogue à la cellule de génération d’harmoniques. Les ouvertures sont bouchées à l’aide d’une fine pellicule d’aluminium pour conserver une forte densité de molécules à l’intérieur de la cellule (figure4.2). Un thermocouple est fixé sur la cellule pour contrôler sa température. Dans cette configuration, le VMIS n’est utilisé que pour calibrer le délai pompe sonde et l’alignement spatial des deux faisceaux infrarouge et XUV avec la cellule hors du détecteur.

Figure 4.2 – Source de molécules avec la cellule d’absorption. La cellule n’est pas

utilisée dans la plupart des mesures effectuées avec le dispositif et le thermocouple est fixé en bout de la gaine métallique du tube.

4.2. Dispositif pompe sonde XUV-IR femtoseconde 157