Montage

La ligne harmonique est d´etaill´ee dans la partie 3.3.1. On rappelle qu’on g´en`ere le faisceau harmonique en utilisant un laser Ti :Sa amplifi´e qui d´elivre des impulsions de 30mJ , 60f s avec un taux de r´ep´etition de 20Hz qu’on focalise dans une cellule de gaz `a l’aide d’une lentille longue focale de 5.65m. Une parabole hors axe `a 22.5◦, de focale f = 20cm, s´electionne l’harmonique 33 (g´en´er´e dans le n´eon) et focalise le faisceau XUV sur une tache focale de 5µm de diam`etre. Cette exp´erience a ´et´e r´ealis´ee avec H33 car le traitement multi-couches de la parabole permettant de s´electionner H25 dans l’argon ´etait fortement d´egrad´e. Le flux est donc deux ordres de grandeur plus faible qu’il pourrait l’ˆetre avec H33. Apr`es optimisation de H33 (λ = 24.24nm) on

atteint 4.109photons/tir apr`es g´en´eration avec une finesse de N = 120 et une dur´ee d’impulsion estim´ee `a 20f s. La position de l’´echantillon est contrˆol´ee par des piezo- contrˆoleurs permettant de le placer dans le plan focal de la parabole. La cam´era CCD, compos´ee d’une matrice de 2048 × 2048 pixels de taille ∆k = 13.5µm, est positionn´ee

`

a z = 26mm de l’´echantillon en champ lointain (on a F = r_λz2 = 2.5 × 10−2 << 1). Une image MEB de l’´echantillon est visible dans la figure5.1. On dessine l’´echantillon `a l’aide d’un faisceau d’ion focalis´e (FIB en anglais) sur une membrane de 150nm d’or au CSNSM `a Orsay. Il est donc totalement opaque `a la longueur d’onde que nous utilisons, c’est un objet d’amplitude purement binaire (transmission 0 ou 1).

Figure 5.1 Image MEB de l’´echantillon. La taille du contour de la croix fait 6 × 7µm. La membrane fait 150nm d’or, 75nm de Si3N4 et 4nm de Cr pour faciliter

l’adh´esion des deux couches. On dessine l’´echantillon avec un faisceau d’ion focalis´e. Les forces ´electrostatiques empˆechent l’int´erieur de la croix de tomber, l’attachant de fa¸con permanente `a la membrane.

Le sch´ema du montage exp´erimental st´er´eo est d´etaill´e en figure 5.2 et une photo est pr´esent´ee en5.3 . Pour g´en´erer les deux faisceaux harmoniques `a partir du faisceau principal on utilise les bords d’un prisme en silice en incidence rasante, plac´e entre l’OAP et l’´echantillon. Chaque sous-faisceau est r´efl´echi vers l’´echantillon par une lame de silicium ajustable permettant la superposition des deux foyers sur l’´echantillon. Pour ´

eviter que le diam`etre de la parabole hors axe limite l’angle entre les deux faisceaux on choisit de placer le montage prisme/lames apr`es et non pas avant l’OAP. La position et le tilt des lames ´etant contrˆol´es par des moteurs, on a un contrˆole tr`es fin de la superposition des faisceaux et de l’angle entre ces derniers. De plus, la distance relative entre les lames et le prisme permet un r´eglage pr´ecis du d´elai temporel entre les deux

impulsions, ce qui rendrait possible des exp´eriences de type pompe XUV-sonde XUV r´esolues en temps. A cause du faible angle de d´eviation de la parabole hors axe, le faisceau incident et celui r´efl´echit sont proche spatialement. Cela limite la distance maximale possible entre le prisme et les lames de silicium, limitant ainsi l’angle maximal entre les deux faisceau. Pour cette raison nous avons impl´ement´e le montage verticalement. On estime la transmission du montage `a 75%, `a partir du nombre moyen de photons par tir sur la cam´era en champ lointain, avec une r´epartition de 50% du flux total par sous-faisceaux. Les deux faisceaux XUV sont diffract´ees par l’´echantillon et on enregistre les figures de diffraction en champ lointain par la cam´era XUV-CCD. Dans notre cas, l’angle entre les deux faisceaux est de 19◦. Il est choisi le plus grand possible pour ´eviter le chevauchement des deux figures de diffractions tout en ´evitant de couper trop de hautes fr´equences spatiales par la cam´era CCD.

Figure 5.2 Montage exp´erimental pour l’imagerie st´er´eo 3D. Une parabole hors axe (OAP) s´electionne l’harmonique 33 (λ = 24.24nm) g´en´er´e dans le n´eon grˆace `a un traitement multi-couches. Un prisme en silice en incidence rasante ins´er´e apr`es l’OAP s´epare le faisceau harmonique en deux. Des lames de silicium contrˆolables permettent de d´evier chaque sous-faisceau sur l’´echantillon. On r´ecup`ere les deux figures de diffractions simultan´ement sur une unique cam´era CCD.

Un premier alignement a ´et´e r´ealis´e avec le faisceau infrarouge incident pour v´erifier la superposition et l’angle entre les deux sous-faisceaux. Pour contrˆoler et am´eliorer la superposition temporelle et spatiale de l’IR on utilise un cristal de BBO et on mesure la g´en´eration de seconde harmonique non colin´eaire. L’alignement final est effectu´e avec

Figure 5.3 Photo du montage exp´erimental pour l’imagerie st´er´eo 3D. Pour am´eliorer la visibilit´e le trajet du faisceau harmonique est trac´e en violet et les contours du prisme et des miroirs sont trac´es en bleu.

l’XUV en contrˆolant la hauteur du prisme pour v´erifier la r´epartition entre les deux sous- faisceau. On place l’´echantillon dans le plan focal et on optimise en premier la superposi- tion entre le faisceau du haut (provenant de la lame du haut, fixe) et l’´echantillon puis on change la positon et l’angle de la lame du bas jusqu’`a optimiser la superposition entre le faisceau du bas et l’´echantillon `a la mˆeme position que pour le faisceau du haut. Dans nos conditions exp´erimentales, le facteur de sur-´echantillonnage lin´eaire vaut O = _a∆λz

k = 8,

avec a = 5µm et on est bien en champ lointain car z = 26mm >> a_λ2 = 1mm, les conditions requises pour effectuer une reconstruction CDI sont donc remplies.