Development of an intense attosecond source based on relativistic plasma mirrors at high repetition rate
Développement d’une source attoseconde intense basée sur des miroirs plasma relativistes à haute cadence
Résumé
The experimental work presented in this manuscript was carried out at Laboratoire d’Optique Appliquée (LOA, Palaiseau, France) on a compact kHz multi-mJ energy laser system capable of delivering waveform-controlled near-single-cycle pulses. The first part of this work is focused on improving the performance of this laser source by integrating a cryogenically-cooled multi-pass amplifier in the laser chain in order to increase the output energy, enhance the laser waveform stability, making the laser source more stable and reliable, and with more overall reproducible day-to-day performance. Furthermore, we explore laser post-compression and temporal contrast enhancement in a multipass cells. In the future, this post-compression scheme when power-scaled and integrated into the laser chain will further enhance the focused pulse intensity for experiments.
The second part of this work focuses on using the laser system to drive relativistic plasma mirrors on the surface of initially-solid targets to generate highly energetic particle beams (ions and electrons) and harmonic radiation in the extreme ultraviolet region, corresponding to attosecond pulses (1 as = 10^{-18} s) in the time domain. We could produce relativistic electron beams by localized injection of electrons into the nonlinearly reflected laser field by the plasma mirror. Additionally, we could generate nearly-collimated MeV-class proton beams in a controlled pump-probe experiment. By stabilizing the waveform of the driving laser pulses, we could temporally gate the interaction process on the target surface and produce isolated attosecond pulses. We performed a comprehensive parameter study to fully characterize and optimize the spatio-spectral properties of the emitted XUV attosecond pulses, laying the groundwork for their refocusing for applications.
Le travail expérimental présenté dans ce manuscrit a été réalisé au Laboratoire d'Optique Appliquée (LOA, Palaiseau, France) sur un système laser compact multi-mJ kHz, capable de délivrer des impulsions quasi-mono-cycle à phase enveloppe-porteuse (CEP) stabilisée. Le premier volet expérimental a consisté à améliorer les performances de la source laser grâce à l’intégration d'un étage d’amplification multi-passage cryogéné dans la chaîne destiné à augmenter l'énergie d'impulsion disponible, à améliorer la stabilité de la CEP, ainsi qu’à fiabiliser les performances quotidiennes du laser. En parallèle, une nouvelle technique a été testée, basée sur la propagation nonlinéaire dans une cellule multi-passage (MPC), afin de post-comprimer temporellement et d’améliorer le contraste temporel des impulsions laser. Dans l’avenir, une fois mis à l’échelle et intégré dans la chaîne laser, ce dispositif innovant de mise en forme temporelle d’impulsions laser, augmenter encore plus l’éclairement atteignable pour les expériences.
Le deuxième volet expérimental est axé sur l'utilisation de la chaîne laser afin de piloter des miroirs plasma relativistes et de générer du rayonnement attoseconde (1 as = 10-18 s) dans le domaine spectral de l’ultraviolet extrême, ainsi que des faisceaux d’électrons et d’ions fortement énergétiques. Nous avons pu produire des faisceaux d'électrons relativistes par injection localisée d’électrons du plasma dans le champ laser réfléchi de manière nonlinéaire par le miroir plasma. En outre, nous avons pu générer des faisceaux quasi-collimatés de protons avec des énergies proches du MeV dans le cadre d’une expérience pompe-sonde contrôlée. En stabilisant la forme d'onde des impulsions laser, nous avons pu restreindre temporellement le processus de génération d’harmoniques en-dessous du cycle laser et ainsi produire des impulsions attoseconde uniques. Nous avons réalisé une étude paramétrique complète afin d'optimiser les propriétés spatio-temporelles des impulsions attosecondes XUV ainsi émises, jetant ainsi les bases de leur refocalisation pour les applications.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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