L’amplification par émission stimulée a permis d’obtenir de nouvelles sources lumineuses, les lasers. Ils ont pour principal avantage de permettre l’obtention d’intensité lumineuse très élevée, notamment grâce à leur faculté à être focalisé sur une petite surface. Cependant, cette surface minimale de focalisation est limitée par la limite de diffraction. Afin d’augmenter encore les intensités générées, la durée des impulsions lumineuses a été réduite. Pour cela, il faut être capable non seulement de générer un large spectre, mais aussi de faire en sorte que toutes les longueurs d’onde se propagent à la même vitesse dans la cavité laser, et donc dans le milieu amplificateur.
La propriété principale des cristaux de Titane : Saphir n’est pas seulement d’avoir un large spectre d’émission, mais aussi, de permettre à ce que toutes les longueurs d’onde générées soient en phase dans la cavité de manière passive. Cela estpossible grâce à l’effet non linéaire
Kerr. Aucun système électronique n’est donc nécessaire afin de réaliser ce blocage de mode. Cette découverte, alliée à la technique d’amplification par décalage de fréquence, a permis de générer des intensités extrêmement élevées et des durées d’impulsion de quelques dizaines de femtosecondes. Cela a ouvert tout champ de la physique relative à l’interaction ultra non linéaire entre la matière et la lumière précédemment difficile d’accès.
Comme tous les outils dont nous disposons afin de réaliser les expériences, il est très important de pouvoir caractériser précisément leurs caractéristiques. Or, les appareils élec- troniques ayant un temps caractéristique de réponses de l’ordre de la nanoseconde, ils de- viennent inutiles dans le cas présent. De nouvelles techniques de mesure, impliquant l’uti- lisation de non-linéarité, ont dû être développées. Dans ce chapitre, nous avons développé plus particulièrement les techniques SPIDER etFROG.
Ce chapitre a permis d’introduire l’outil principal de la recherche menée dans le cadre de ce mémoire de thèse. De fréquentes références aux propriétés des lasers Ti : Sa seront faites dans la suite de ce mémoire ainsi qu’aux méthodes de mesures associées.
Références du deuxième chapitre
[1] D. Strickland and G. Mourou. Compression of amplified chirped optical pulses. Optics
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[2] M. Perry. Multilayer Dielectric Gratings : Increasing the Power of Light. (September), 1995.
[3] Understanding spatial filters. http: // www. edmundoptics. com/
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[4] B. C. Platt and R. Shack. History and Principles of Shack-Hartmann Wavefront Sensing.
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[5] C. Iaconis and I. A. Walmsley. Spectral phase interferometry for direct electric-field reconstruction of ultrashort optical pulses. Optics letters, 23(10) :792–4, May 1998. [6] M. Takeda, H. Ina, and S. Kobayashi. Fourier-transform method of fringe-pattern analy-
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[10] D. Lee, S. Akturk, P. Gabolde, and R. Trebino. Experimentally simple, extremely broadband transient-grating frequency-resolved-optical gating arrangement. Opt. Ex-
Chapitre 3
DESCRIPTION DU PLASMA
D’ABLATION DU GRAPHITE ET
OPTIMISATION DU PROCESSUS
DE GÉNÉRATION
3.1
Introduction
Ce chapitre sera dédié au développement et l’optimisation de la source de rayonnement XUV basé sur le principe de la génération d’harmoniques d’ordres élevés à partir d’un plasma d’ablation de carbone. Comme nous l’avons exposé dans les chapitres précédents, les cibles de nanoparticules ont montré une efficacité de génération beaucoup plus élevée que les cibles solides. Or, la cible de graphite s’est exceptionnellement comportée comme une cible de na- noparticules. Malheureusement, le très grand nombre de degrés de liberté dans l’ajustement des paramètres de génération (création du plasma et génération), qui est un avantage pour l’optimisation du processus, est un inconvénient dans la compréhension de celui-ci. Il a donc été décidé de procéder premièrement de manière empirique afin d’optimiser le signal harmo-
nique. Une fois ces conditions connues, l’étude du plasma et du processus de génération peut être restreinte aux paramètres spécifiques de la génération d’harmoniques.
Ce chapitre sera donc consacré à l’optimisation du processus de génération et à la com- préhension du milieu. Pour cela, plusieurs types de cibles carbonées, de compositions et ar- rangement cristallin différents, ont été testées. Au regard de ces résultats et des paramètres de la préimpulsion, une étude sur le processus de création du plasma de carbone est décrite. En effet, les plasmas d’ablation de cibles carbonées sont des milieux extrêmement complexes, comprenant tout aussi bien de petites particules jusqu’à de plus grandes nanoparticules de type fullerène ou nanotubes. Au regard des expériences menées jusqu’ici et de la littérature, il a été possible de restreindre considérablement la composition probable du milieu. Pour finir, même si chronologiquement cette dernière partie a été traitée avant l’étude du plasma, la description de l’optimisation des paramètres de génération est donnée. Il ne s’agira pas de refaire ce qui a déjà été étudié durant les précédents travaux, mais plutôt d’identifier les particularités et avantages du plasma de carbone.