Spectromètre XUV

Pour la mesure spectrale de l’émission harmonique, nous avons opté pour un spectromètre en reflexion, non-imageur, à champ-plan, et à grande ouverture. Le choix d’un spectromètre non-imageur a été dicté par notre souhait d’avoir accès, en plus du spectre, à la divergence de l’émission en fonction de celui-ci. La dépendance en divergence du spectre harmonique sera présentée au chapitre 4. Quant à la focalisation du spectre dite « champ-plan », elle présente l’avantage de permettre l’utilisation d’un détecteur plan, placé dans le plan de focalisation de l’optique de focalisation du spectromètre. Enfin, la grande ouverture, nécessaire pour avoir ac- cès à la divergence du faisceau harmonique, permet en plus de collecter le faisceau harmonique sur un grand angle solide.

Nous avons utilisé un réseau concave Hitachi # 001-0639 pour la refocalisation du faisceau et la dispersion du spectre. C’est un réseau

1. sphérique, ce qui implique que, lorsqu’il est utilisé en incidence non-normale, le plan sagittal et le plan tangentiel du faisceau harmonique, qui se propage en divergeant après sa génération au point focal du laser IR, voient deux différents rayons de courbure, R pour le plan tangentiel et R sin φ pour le plan sagittal, où R est le rayon de courbure du miroir sphérique et φ l’angle d’incidence. La diffraction du spectre ayant lieu dans le plan sagittal (les lignes du réseau sont verticales), le spectre est donc imagé dans le plan focal sagittal, alors que la partie tangentielle du faisceau harmonique est « hors-foyer ». Ainsi, lorsque l’on place le détecteur dans le plan image de la partie tangentielle du faisceau, l’information de divergence est contenue dans le plan sagittal ;

Moyens expérimentaux et numériques de caractérisation de l’émission 71 du système optique, mais sur une surface plane, adaptée aux détecteurs utilisés en spec- troscopie XUV (Micro Channel Plate, CCD à rayons X, etc)(Harada et al., 1999). Le champ plan est optimisé pour la bande spectrale 22 − 124nm, couvrant ainsi le spectre harmonique de H7 à H36 pour un photon incident à 800nm.

De plus, l’incidence rasante, le revêtement or et l’utilisation d’une unique optique pour la re- focalisation et la dispersion du faisceau permet de minimiser les pertes. Enfin, en raison de la très petite taille du point source des harmoniques, ne limitant pas la résolution du spectro- mètre, nous avons directement imagé le point source avec le réseau sphérique. Le schéma du spectromètre est présenté Figure 3.18

Nous avons choisi de détecter le spectre harmonique à l’aide une Micro Channel Plate (MCP). Les avantages de la MCP sont principalement l’insensibilité au rayonnement infrarouge et le gain très élevé. Fort de la possibilité que nous avons de travailler au kHz, et ainsi d’accu- muler le signal, nous avons décidé d’utiliser une MCP simple étage, malgré son gain moindre, afin de minimiser le bruit de la mesure (dû à l’extrême sensibilité des MCP en chevron), et d’éviter l’effet de perte de résolution spatiale du chevron due à la vitesse radiale des électrons à l’interface des deux MCP. Soumise à une tension de 800 Volts, le gain théorique d’une MCP simple étage dépasse 103, ce qui s’est révélé suffisant pour détecter le signal harmonique dans

de bonnes conditions.

La MCP est couplée en sortie à un écran phosphore (convertissant les électrons en photons visibles) de type P47. Ce type d’écran phosphore est dit rapide, c’est-à-dire ayant un temps caractéristique de fuorescence de l’ordre de 0.1 µs. Sachant que les écrans phosphores les plus répandus, de type P43, ont un temps caractéristique supérieur à la milliseconde, nous nous sommes tourné vers ce type particulier d’écran pour s’affranchir de tout effet éventuel d’ac- cumulation dû au taux de répétition kHz de l’expérience. La sortie de l’écran phosphore est ensuite imagée par un objectif sur une caméra CCD PCO-Pixelfly de 12 bit de dynamique. Le temps d’exposition de la caméra détermine le nombre de tir intégrés par spectre mesuré.

Le spectre harmonique dispersé par le réseau sphérique sur le champ plan s’étale sur 110 mm. Le diamètre utile de la MCP étant de 30 mm, nous l’avons monté sur une platine de translation manuelle, contrôlée de l’extérieur de l’enceinte annexe, couvrant ainsi l’ensemble du spectre. De plus, afin de minimiser tout parasitage dû à des émissions plasma de particules ou de photons, en direct ou en diffusé, nous avons installé une fente d’entrée et de sortie autour du réseau sphérique. Ainsi, seuls les photons émis par le plasma dans la bande spectrale qui nous intéresse et diffracté par le réseau ne pénètrent dans l’enceinte de détection. En particulier, l’ordre zéro de diffraction est bloqué, ainsi que l’ordre un du fondamental, et que toute émission venant directement du plasma. Ces précautions nous ont permis de de pas avoir à utiliser de filtre métallique pour isoler le rayonnement harmonique. Enfin, la MCP est placée dans une enceinte

72 Critères de caractérisation du spectre harmonique généré Réseau sphérique MCP Source harmonique Faisceaux harmoniques diffractés IR réfléchi + Harmoniques Fente d'entrée Fente de sortie Ordre zéro Caméra CCD MCP Ordre -1 du fondamental (b) Réseau sphérique Source harmonique (a)

Figure 3.18 – Schémas du spectromètre XUV. (a) Vue artistique en trois dimensions du spectro- mètre. Le faisceau harmonique est diffracté dans la direction sagittale par le réseau sphérique, et continue à diverger dans la direction tangentielle. (b) Vue de dessus du spectromètre. Le faisceau harmonique diffracté est détecté par une galette micro-canaux (MCP), suivie d’un écran phosphore imagé par une caméra CCD.

annexe à pompage différentiel, afin d’assurer un vide supérieur à 10−6mbar, et de pouvoir isoler

la MCP lors des remises à l’air de l’enceinte principale.