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Dissertations / Theses on the topic 'XUV laser'
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Kiehn, G. P. "XUV laser amplication in recombining laser produced plasmas." Thesis, University of Oxford, 1987. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.379973.
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2
Holden, Philip Bernard. "Numerical modelling of laser produced plasmas as XUV lasers." Thesis, University of York, 1991. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.292556.
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3
Cassou, Kevin. "Etudes d'amplificateurs plasma laser à haute cadence dans le domaine XUV et applications à la station LASERIX." Paris 11, 2006. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00170172.
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4
Cairns, Gerald Francis. "Development studies of XUV laser amplifiers." Thesis, Queen's University Belfast, 1995. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.295405.
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5
Bettaibi, Islam. "Développement et caractérisation des lasers XUV créés par laser femtoseconde." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00179321.
Full textAbstract:
Les sources XUV cohérentes présentent un potentiel important d'applications scientifiques, médicales et industrielles. Le développement des lasers ultra intenses a permis la réalisation de nouvelles sources XUV cohérentes et brèves, comme la génération d'harmonique d'ordre élevée et les lasers XUV. Ces sources sont compactes, peu coûteuses par rapport aux sources classiques telles que les synchrotrons, et présentent donc un intérêt tout particulier.Cette thèse présente une série d'études sur une nouvelle source laser XUV, pompée par un laser femtoseconde fonctionnant à 10 Hz. Un laser ultra intense est focalisé dans une cellule remplie de xénon ou de krypton et crée une colonne de plasma. Une émission laser à 41,8 nm dans le xénon IX ou à 32,8 nm dans le krypton IX est alors obtenue sur l'axe du laser de pompe. Nous avons réalisé une étude à la fois expérimentale et numérique de ce type de source dans le but de caractériser l'importance de différents paramètres tels que l'intensité et polarisation du laser, la pression du gaz et la longueur de la cellule. Cette thèse présente aussi une étude des profils spatiaux et temporels de l'émission laser.
Afin de compenser la réfraction du laser de pompe, nous avons utilisé deux techniques de guidage qui ont permis un allongement significatif de la zone amplificatrice du plasma. La première repose sur la création d'un canal plasma par décharge électrique et la deuxième sur les réflexions sur les parois internes de tubes diélectriques de saphir ou de verre. Dans les deux cas une amélioration spectaculaire des performances de la source a été observée.
Finalement, nous présentons dans ce manuscrit une étude préliminaire sur un autre schéma de pompage de laser X: par photo ionisation en couches internes d'atomes neutres. Nous avons développé un système optique qui devrait permettre la réalisation d'une onde inhomogène femtoseconde absolument nécessaire pour ce type de laser X.
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Bettaïbi, Islam Sebban Stéphane. "Développement et caractérisation des lasers XUV crées par laser femtoseconde." [S. l.] : [s.n], 2005. http://www.polymedia.polytechnique.fr.
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Bettaïbi, Islam. "Développement et caractérisation des lasers XUV crées par laser femtoseconde." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2005. http://www.theses.fr/2005EPXX0035.
Full textAbstract:
Les sources XUV cohérentes présentent un potentiel important d'applications scientifiques, médicales et industrielles. Le développement des lasers ultra intenses a permis la réalisation de nouvelles sources XUV cohérentes et brèves, comme la génération d'harmonique d'ordre élevée et les lasers XUV. Ces sources sont compactes, peu coûteuses par rapport aux sources classiques telles que les synchrotrons, et présentent donc un intérêt tout particulier. Cette thèse présente une série d'études sur une nouvelle source laser XUV, pompée par un laser femtoseconde fonctionnant à 10 Hz. Un laser ultra intense est focalisé dans une cellule remplie de xénon ou de krypton et crée une colonne de plasma. Une émission laser, à 41,8 nm dans le xénon IX ou à32,8 nm dans le krypton IX est alors obtenue sur l'axe du laser de pompe. Nous avons réalisé une étude à la fois expérimentale et numérique de ce type de source dans le but de caractériser l'importance de différents paramètres tels que l'intensité et polarisation du laser, la pression du gaz et la longueur de la cellule. Cette thèse présente aussi une étude des profils spatiaux et temporels de l'émission laserCoherent soft x-ray sources have an important potential for scientific, medical and industrial applications. The development of high intensity laser systems allowed the realization of new coherent and fast soft x-ray sources like high order harmonic generation and soft x-ray lasers. These sources are compact, cheaper than traditionnal sources such as synchrotrons, and are thus interesting. This thesis presents the study of a new soft x-ray laser pumped by a femtoseconde laser beam working at 10 Hz. The circularly polarized ultra intense laser is longitudinally focused in a cell filled with xenon or krypton, to obtain the amplification of two lasing lines at 41,8 nm and 32,8 nm in Pd-like xenon and Ni-like krypton respectively. Wecarry out an experimental and numerical study of the source to understand the importance of different parameters such as the laser intensity and polarization, the gas pressure and the cell length. We have also spatially and temporally characterized the soft x-ray laser beam
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Smith, Roland Adam. "XUV amplification in recombining laser produced plasmas." Thesis, Imperial College London, 1989. http://hdl.handle.net/10044/1/47667.
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9
HAROUTUNIAN, ROMAIN. "Sources xuv coherentes creees par laser femtoseconde : laser x et optimisation de la generation d'harmoniques d'ordre eleve." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2001. http://www.theses.fr/2001EPXX0024.
Full textAbstract:
Les sources xuv possedent un veritable potentiel d'applications scientifiques, industrielles et medicales. En parallele avec l'evolution des lasers de puissance, les sources xuv coherentes creees par laser femtoseconde offrent une alternative en terme de cout et d'encombrement, par rapport au sources plus classiques telles que le synchrotron. Dans ce contexte, nous avons developpe au laboratoire d'optique appliquee deux types de sources xuv coherentes reposant sur l'interaction d'une impulsion femtoseconde intense avec un milieu dilue : le laser x et la generation d'harmoniques d'ordre eleve. Bien controler et optimiser ces sources implique une bonne connaissance du milieu emetteur et des caracteristiques des impulsions excitatrices. L'interaction d'une impulsion femtoseconde intense (10 1 4 a 10 1 7 w/cm 2) dans un gaz (qq. Mbar) induit une propagation hautement non-lineaire qui conditionne la physique des sources xuv. Nous avons donc developpe un code de propagation en milieu dilue, et realise des experiences de propagation dans des configurations semblables a celles de ces sources xuv coherentes. Nous avons observe une phenomene de collimation non-relativiste, dont la comprehension necessite une modelisation plus poussee de l'interaction laser-gaz. La generation d'harmoniques d'ordre eleve repose a la fois sur une reponse non-lineaire et un comportement collectif du milieu. Nous avons montre qu'un bon accord de phase et une generation d'harmoniques efficace peuvent etre obtenus dans un grand volume, mais pendant un temps tres court, sur le front montant de l'impulsion. Nous presentons les premieres etudes visant a controler la phase de la polarisation non lineaire, influencant ainsi la phase du rayonnement xuv emis et donc, ses proprietes spatiales, temporelles et spectrales. Enfin, nous avons realise le premier laser xuv sature pompe par un laser femtoseconde. Un fort gain de 67 cm 1 a ete obtenu dans le xenon palladiumoide lasant a 41. 8 nm, avec un produit gain-longueur de 15 indiquant la saturation. L'influence de l'ellipticite de la polarisation laser a ete etudiee, permettant de montrer la tres forte influence de la propagation et de la sur-ionisation sur la creation du milieu lasant.
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Goddet, Jean-Philippe. "Etude et développement de sources laser XUV par injection d'harmoniques d'ordre élevé." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2009. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00503026/en/.
Full textAbstract:
Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse visent à étudier une géométrie de lasers XUV inspirée des lasers de puissance. Cette architecture, consistant en un injecteur (une source d'harmoniques d'ordre élevé) couplé à un amplificateur (plasma créé par laser), correspond à celle d'une chaîne laser de puissance dans la gamme spectrale de l'XUV. Le laser à 32,8 nm étudié ici, est produit par l'injection d'harmonique d'ordre élevé dans un plasma de krypton créé par Optical Field Ionisation (OFI). Ce schéma, initialement testé par T. Ditmire en 1995, a été validé en 2003 au Laboratoire d'Optique Appliquée avec un amplificateur plasma créé par l'interaction d'un laser intense et d'un milieu gazeux. Cette thèse s'inscrit dans la continuité de ce dernier travail en tentant d'aborder différents aspects liés, non seulement à une meilleure compréhension des processus physiques impliqués, mais aussi à la caractérisation spatio-temporelle de ce type de source.Nous avons démontré expérimentalement et pour la première fois qu'une source dans le domaine de l'XUV peut être à la fois très compacte, énergétique (1 µJ par impulsion), proche de la limite de diffraction et de celle de Fourier. En effet, grâce au filtrage spatial des harmoniques par le milieu amplificateur, le laser XUV injecté à 32,8 nm montre un profil spatial gaussien avec une divergence de 0,7 mrad (à 1/e2). Le front d'onde a été mesuré avec un senseur de type Hartmann et atteint une valeur de lambda/17 en écart quadratique moyen, démontrant que cette source XUV est limitée par la diffraction. Les caractérisations temporelles du laser montrent que le temps de cohérence est de l'ordre de la durée d'émission spontanée de l'amplificateur. Les résultats de la mesure de la cohérence temporelle présentent un profil gaussien de largeur spectrale relative delta lambda/lambda égale à 10-5 (à mi-hauteur) correspondant à une durée d'impulsion de l'ordre de 5 ps.
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Goddet, Jean-Philippe. "Etude et développement de sources laser XUV par injection d’harmoniques d’ordre élevé." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2009. http://pastel.paristech.org/5837/01/These_Jean-Philippe_GODDET.pdf.
Full textAbstract:
Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse visent à étudier une géométrie de lasers XUV inspirée des lasers de puissance. Cette architecture, consistant en un injecteur (une source d’harmoniques d’ordre élevé) couplé à un amplificateur (plasma créé par laser), correspond à celle d’une chaîne laser de puissance dans la gamme spectrale de l’XUV. Le laser à 32,8 nm étudié ici, est produit par l’injection d’harmonique d’ordre élevé dans un plasma de krypton créé par Optical Field Ionisation (OFI). Ce schéma, initialement testé par T. Ditmire en 1995, a été validé en 2003 au Laboratoire d’Optique Appliquée avec un amplificateur plasma créé par l’interaction d’un laser intense et d’un milieu gazeux. Cette thèse s’inscrit dans la continuité de ce dernier travail en tentant d’aborder différents aspects liés, non seulement à une meilleure compréhension des processus physiques impliqués, mais aussi à la caractérisation spatio-temporelle de ce type de source. Nous avons démontré expérimentalement et pour la première fois qu’une source dans le domaine de l’XUV peut être à la fois très compacte, énergétique (1 µJ par impulsion), proche de la limite de diffraction et de celle de Fourier. En effet, grâce au filtrage spatial des harmoniques par le milieu amplificateur, le laser XUV injecté à 32,8 nm montre un profil spatial gaussien avec une divergence de 0,7 mrad (à 1/e2). Le front d’onde a été mesuré avec un senseur de type Hartmann et atteint une valeur de lambda/17 en écart quadratique moyen, démontrant que cette source XUV est limitée par la diffraction. Les caractérisations temporelles du laser montrent que le temps de cohérence est de l’ordre de la durée d’émission spontanée de l’amplificateur. Les résultats de la mesure de la cohérence temporelle présentent un profil gaussien de largeur spectrale relative delta lambda/lambda égale à 10-5 (à mi-hauteur) correspondant à une durée d’impulsion de l’ordre de 5 psThe work in this thesis aimed to study a geometry of XUV lasers inspired by high power laser. This architecture, consisting of an injector (a source of high-order harmonics) coupled to an amplifier (plasma created by laser), corresponds to that of a laser chain in the spectral range of the XUV. The laser at 32. 8 nm studied here, is produced by the injection of high-order harmonic in a krypton plasma created by Optical Field Ionization (OFI). This scheme, initially tested by T. Ditmire in 1995, was validated in 2003 with a plasma amplifier created by the interaction of intense laser and a gaseous medium at the Laboratoire d’Optique Appliquée. This thesis is a continuation of that work in trying to address different aspects, not only a better understanding the physical processes involved, but also the spatio-temporal characterization of this type of source. We have demonstrated experimentally for the first time a source in the XUV, witch can be both highly compact, energetic (1 μJ per pulse), close to the diffraction limit and Fourier transform limited. Indeed, through the spatial filtering of harmonics by the amplifying medium, the injected XUV laser at 32. 8 nm shows a Gaussian spatial profile with a divergence of 0. 7 mrad (at 1/e2). The wavefront was measured with a Hartmann sensor and presents a value of l/17 in standard deviation, demonstrating that the XUV source is diffraction limited. The temporal characterization of laser shows that the coherence time is of the order of the duration of spontaneous emission of the amplifier. The temporal coherence presents a Gaussian profile with a relative spectral width Dl/l equal to 10-5 (FWHM) corresponding to a pulse duration of about 5 ps
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Rosenfeld, William E. S. "Developpement et caracterisation d'un generateur a ligne blumlein dedie au laser xuv pompe par decharge z-pinch experiences preliminaires de spectroscopie xuv." Orléans, 1999. http://www.theses.fr/1999ORLE2063.
Full textAbstract:
Afin d'etendre le champ d'applications des lasers xuv, un effort important a ete initie pour diminuer la taille des systemes de pompage (de l'ordre du m 3) et augmenter leur taux de repetition (quelques hz). Les decharges z-pinch ont ete proposees comme alternative au systeme de pompage par laser de puissance. Le gremi s'est donne pour but de realiser, a moyen terme, un laser xuv pompe par decharge emettant a 46. 9 nm dans l'argon neonoide (ar ix). Les travaux de cette these ont pour ambition de demontrer la faisabilite de ce projet. Un modele a permis d'estimer a 5. 5 gw cm 3 la densite de puissance minimale a produire par le generateur electrique pour realiser un effet laser a 46. 9 nm. Un plasma z-pinch est necessaire pour atteindre de telles valeurs. Le generateur doit donc produire un courant de 30-40 ka, une vitesse de montee en courant d'environ 10 1 2 a. S 1, en stockant une energie d'au moins 20 j. Un generateur compact utilisant une ligne blumlein a ete realise. Un eclateur de surface ayant une faible inductance (8 nh) et un faible jitter (5 ns) a ete concu. Des courants de 30 ka et de vitesse de montee de 1. 6 10 1 2 a. S 1 ont ete produits. Une puissance pic de 400 mw a ete atteinte pour une energie stockee de 30 j. Une modelisation du circuit blumlein a permis de simuler les courants mesures et calculer la puissance cedee au plasma. L'influence de l'amorcage de la decharge sur le courant a ete etudiee. Les calculs provenant d'une modelisation de la dynamique du z-pinch ont montre qu'une compression du plasma efficace a lieu. La densite et la temperature electronique calculees indiquent que des conditions favorables a un effet laser a 46. 9 nm pourraient etre rassemblees. Des experiences de spectroscopie xuv ont demontre que des ions ar ix etaient produits. L'observation de raies d'oxygene a mis en evidence une ablation de la paroi du tube a decharge. La faible masse ablatee ouvre la voie a un fonctionnement du generateur a haute cadence.
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Doumy, Gilles. "Interaction laser matière à haut flux et fort contraste temporel." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00012038.
Full textAbstract:
Les progrès continus des installations laser ont permis l'obtention d'impulsions ultra-brèves atteignant des intensités focalisées très élevées (I>1018 W/cm²). A ces intensités, la matière présente des comportements non-linéaires nouveaux, les électrons atteignant des vitesses relativistes. L'accès expérimental à ce régime d'interaction sur des cibles solides a longtemps été interdit en raison de la présence autour de l'impulsion femtoseconde d'un piédestal (dû notamment à l'émission spontanée amplifiée (ASE) présente dans la chaîne laser) suffisamment intense pour modifier l'état de la cible.Dans cette thèse, nous avons tout d'abord caractérisé, expérimentalement et théoriquement, un dispositif améliorant le contraste temporel de l'impulsion : le Miroir Plasma. Celui-ci consiste à focaliser l'impulsion sur une cible diélectrique de sorte que le piédestal est transmis, alors que l'impulsion principale est réfléchie par le plasma surcritique formé à la surface. Son installation sur le laser UHI 10 (CEA Saclay –10 TW– 60 fs) nous a alors permis d'étudier l'interaction d'impulsions ultra-intenses à fort contraste temporel avec des cibles solides.
Dans un premier temps, nous avons réussi à générer des plasmas denses résultant de l'interaction directe de l'impulsion principale avec des cibles minces (100 nm). Leur caractérisation a été réalisée au moyen d'une source XUV obtenue par génération d'harmoniques d'ordre élevé dans un jet de gaz rare.
Dans un second temps, nous avons étudié expérimentalement le phénomène de génération d'harmoniques d'ordre élevé sur cible solide, encore mal compris, mais qui potentiellement fournira une nouvelle source XUV ultra-courte et intense.
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Boudaa, Amar. "Optimisation de sources XUV générées par l'intéraction d'un laser sub-picoseconde avec un gaz rare." Paris 11, 2010. http://www.theses.fr/2010PA112341.
Full textAbstract:
Ce travail de modélisation/simulation concerne l'étude d'un laser XUV généré par le schéma OFI dans des cibles gazeuses (krypton a 32. 8 nm et xenon a 41. 8 nm) étudié expérimentalement de façon intensive au LOA (ENSTA, Palaiseau). Le milieu amplificateur est créé dans un état fortement hors équilibre suite a l'interaction avec un laser infra-rouge de haut flux et très bref. L'examen des étapes de la création et de l'évolution de la cinétique atomique a permis de caractériser le plasma et d'envisager l'étude de l'amplification et le transport du rayonnement XUV. Ce dernier point a été considéré en fonction de différents paramètres (pression du gaz, intensité de pompe,. . . ). Un accent particulier a été mis sur l'influence de la dynamique des ions sur la raie d'émission. En effet, la composante ionique du plasma génère par OFI est initialement fortement couplée. Le modèle OCP applique a ce cas prédit des températures ioniques de quelques eV. L'étude des propriétés du laser a la sortie du plasma a montré que le chauffage ionique peut accroitre l'énergie du laser jusqu'a 20% dans le domaine des pressions d'intérêt pratique. D'autre part, des simulations basées sur des équations Maxwell-Bloch ont permis la comparaison entre les cas de très faible cohérence spatiale (ASE) et celui de forte cohérence spatiale (injection des harmoniques dans un amplificateur OFI). Dans ce dernier cas, l'approximation semi-adiabatique peut décrire l'amplification sur de longues distances. Aussi, l'approche semi-adiabatique, permet, même dans le cas injecté, de retrouver les caractéristiques des valeurs moyennes du signal XUV, mais pas celles du profit temporel ou spectral a forte saturationThis work deals with a theoretical study of an optical-field-ionized soft-x-ray laser generated in gas targets (krypton at 32. 8 nm, xenon at 41. 8 nm). These sources are experimentally studied intensively at the LOA (ENSTA, Palaiseau). The amplifying medium is created in a highly nonequilibrium state due to the interaction with a short and intense infrared beam. The steps of creation of the plasma and evolution of the atomic kinetics in the medium were investigated in order to characterize the plasma and to study the amplification and transport of XUV radiation. This latter point was considered depending on different parameters (gas pressure, pump intensity,. . . ). Particular emphasis was placed on the influence of the ion dynamics on the emission line. The ionic component of the OFI plasma is initially strongly coupled. The OCP model applied to this case predicted ion temperatures of the order of a few e V. The properties of the output XUV laser showed that the ionic heating can increase the laser energy up to 20% in the range of pressures of practical interest. On the other hand, simulations based on Maxwell-Bloch equations allowed US to compare the case of very low spatial coherence (AS E) with that of high spatial coherence (injection of harmonics in an OFI amplifier). In this latter case, the semi-adiabatic approximation can describe the amplification over long distances of propagation. Also, the semi-adiabatic approach, allows, even in the case of injected regime, to describe the characteristics of the average values of the XUV signal, but not those of the temporal or spectral profile at saturation
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Leeuwenburgh, Jonathan. "Theory of attosecond electron dynamics induced by strong XUV and X-ray laser fields." Thesis, Imperial College London, 2015. http://hdl.handle.net/10044/1/30779.
Full textAbstract:
This thesis describes interactions between atomic or molecular systems and intense laser fields. Methods for time resolving sub-femtosecond scale Auger-type dynamics in molecules and atoms are discussed. The thesis presents a novel technique for recovering such dynamics by clocking the process with high-harmonic generation. The harmonic generation is driven by an attosecond pump pulse and a long duration, infrared pulse. The technique is then theoretically applied to Auger decay of krypton upon ionisation from the 3d subshell and inner-valence hole dynamics of small molecules. We then examine the extent to which these techniques, which utilise strong fields, can influence the electron dynamics they seek to measure. We describe the coupling between the bound state to a dressed continuum (as opposed to a field-free continuum) and the effect on the Auger decay rate in a sample system is calculated. We then look ahead to possible ways in which the probing strong field may influence the electron dynamics themselves.
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Östlin, Andreas. "Optical components of XUV monochromator : For use in laser based angle-resolved photoemission spectroscopy." Thesis, KTH, Skolan för informations- och kommunikationsteknik (ICT), 2010. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-207855.
Full textAbstract:
At the division of Material Physics at KTH an angle resolved photoemission spectrometer (ARPES) is being built. This system uses a pulsed laser to create ultraviolet light through higher harmonic generation. The laser has a high output effect which puts the optical components of the system under a large heat load. This thesis investigates the use of silicon carbide (SiC) as a possible material for use in the system. A diffraction grating is modelled and then processed by use of photolithography and plasma etching. This is then characterized by different methods, finally in its working environment. It is concluded that silicon carbide is a plausible material for use in the ARPES system.Vid avdelningen för materialfysik vid KTH håller en laserbaserad vinkelupplöst fotoemissionsspektrometer på att byggas upp. Denna använder ultraviolett ljus för att excitera fotoelektroner som sedan detekteras genom time of flight. Ljuskällan som ger UV-fotonerna är en pulsad laser som ger en hög effekt, vilket ställer krav på att alla optiska komponenter i systemet skall klara en hög värmelast. I detta examensarbete undersöks om kiselkarbid (SiC) uppfyller dessa krav. Modellering av ett diffraktionsgitter görs, och resultatet av detta ger vägledning under processningen av gittret. Gittret tillverkas med hjälp av fotolitografi och plasmaetsning av en kiselkarbidwafer. Denna karakteriseras sedan med olika metoder och finns fungera bra för sitt ändamål.
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Vorontsov, Valeriy. "Charge transfer pumping for XUV lasers using femtosecond laser induced plasmas interacting with neutrals from a pulsed gas jet." [S.l. : s.n.], 2005. http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=975151150.
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Depresseux, Adrien. "Development of an ultrashort and intense collisional OFI plasma-based soft X-ray laser." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2015. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01233246/document.
Full textAbstract:
Collisionally-pumped “OFI” plasma-based soft X-ray lasers are achieved by focusing an ultra-intense infrared laser pulse into a gas. The resulting laser-plasma interaction allows the generation of a plasma column in population inversion, made of multi-charged ions and energetic electrons. We are interested in the emission from the 3d94dJ=0 → 3d94pJ=1 atomic transition of krypton IX (Nickel-like) at 32. 8 nm. When this plasma is seeded by an external high-harmonic source, the resulting emission exhibits excellent spatial properties, while demonstrating a significantly higher photon yield at the relevant wavelength. Although being compact and exhibiting numerous attractive characteristics, collisional plasma-based X-ray lasers face limitations intrinsic to their pumping scheme. Indeed, they used to deliver quite long pulses (a few picosecond), thus limiting the scope of applications. The main focus of this thesis has been associated with the implementation of an original technique aimed at achieving 100 fs-range duration of emission by quenching the plasma amplifier gain lifetime through collisional over-ionization (Collisional Ionization Gating). This required operating at very high electron densities (about 1020 cm-3), which involved the implementation of optical waveguiding techniques. The “seeded regime” has been used to sample the ultrafast gain lifetime of such a plasma amplifier. A time-dependent Maxwell-Bloch code allowed describing the ultrashort amplification dynamics and deriving a final soft X-ray pulse duration. The method additionally allows a larger photon yield per shot (14 µJ), thus promising a nearly three orders of magnitude surge in soft X-ray pulse intensity compared to previous performances. Another important focus of this thesis dealt with the implementation of a circularly polarized plasma-based X-ray laser. Such source allows the study of dichroism, magnetization dynamics in matter or chiral domains in biology. The source has been demonstrated by seeding a krypton IX plasma amplifier with a resonant circularly polarized high-harmonic signal. In agreement with experimental measurements, our Maxwell-Bloch numerical model confirms the conservation of the high-harmonic polarization over amplification in the plasma and the efficiency of the scheme, which paves the way for prospective single-shot measurements.
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Cassou, Kevin. "Etudes d'amplificateurs plasma laser à haute cadence dans le domaine X-UV." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00170172.
Full textAbstract:
Les progrès réalisés tant sur les chaînes laser infrarouges, que dans la maîtrise et la compréhension des sources X-UV pompées par laser ont permis la construction d'une station laser X-UV dédiée aux applications à l'Université Paris XI. Mon travail de thèse s'inscrit dans le développement de cette station et plus particulièrement sur la caractérisation d'un amplificateur plasma laser X-UV.L'étude expérimentale concerne l'amélioration du couplage du laser infrarouge de pompe avec le plasma dans le cadre de la génération d'un laser X-UV en régime collisionnel transitoire. Ces lasers X-UV sont générés dans un plasma formé par l'interaction d'une cible solide et d'une impulsion laser d'environ 500 ps de durée, suivie d'une seconde impulsion laser infrarouge dite de pompe (~5ps) arrivant sur la cible en incidence rasante. Pour la première fois, une étude paramétrique complète a été entreprise sur l'influence de l'angle de rasance sur la création du milieu amplificateur. Un des résultats de cette étude a été d'atteindre des brillances pics très élevées de l'ordre de 1 x 10^{28} photons/s/mm²/mrad²/(0.1%bandwidth), comparables aux brillances des lasers à électron libres. De plus, nous avons modifié puis utilisé un nouveau code hydrodynamique bidimensionnel eulérien à mailles raffinées dynamiquement au cours du temps (AMR) afin de comprendre l'influence des propriétés spatio-temporelles du laser infrarouge sur la formation et l'évolution du plasma amplificateur. Nos modélisations ont mis en évidence l'intérêt d'utiliser un profil super gaussien pour la ligne focale produisant une augmentation d'un facteur deux de la dimension de la zone de gain et une réduction des gradients de densité de
trois ordres de grandeur. Ces améliorations devraient accroître fortement l'énergie contenue dans le faisceau laser X-UV.
L'amélioration de la connaissance de la physique des matériaux ou des biomolécules tirera profit de l'outil que le rayonnement laser dans le domaine X-UV est en passe de devenir. Nous avons ainsi utilisé le laser X-UV pour étudier l'apparition de défauts transitoires produits par un laser IR en face arrière d'un miroir. Nous avons aussi débuté des recherches sur les mécanismes d'endommagement de l'ADN lors de son irradiation par un rayonnement X-UV très intense.
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Liao, Chen-Ting, and Arvinder Sandhu. "XUV Transient Absorption Spectroscopy: Probing Laser-Perturbed Dipole Polarization in Single Atom, Macroscopic, and Molecular Regimes." MDPI AG, 2017. http://hdl.handle.net/10150/624358.
Full textAbstract:
We employ an extreme ultraviolet (XUV) pulse to impulsively excite dipole polarization in atoms or molecules, which corresponds to coherently prepared superposition of excited states. A delayed near infrared (NIR) pulse then perturbs the fast evolving polarization, and the resultant absorbance change is monitored in dilute helium, dense helium, and sulfur hexafluoride (SF6) molecules. We observe and quantify the time-dependence of various transient phenomena in helium atoms, including laser-induced phase (LIP), time-varying (AC) Stark shift, quantum path interference, and laser-induced continuum structure. In the case of dense helium targets, we discuss nonlinear macroscopic propagation effects pertaining to LIP and resonant pulse propagation, which account for the appearance of new spectral features in transient lineshapes. We then use tunable NIR photons to demonstrate the wavelength dependence of the transient laser induced effects. In the case of molecular polarization experiment in SF6, we show suppression of XUV photoabsorption corresponding to inter-valence transitions in the presence of a strong NIR field. In each case, the temporal evolution of transient absorption spectra allows us to observe and understand the transient laser induced modifications of the electronic structure of atoms and molecules.
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Hörlein, Rainer. "Investigation of the XUV Emission from the Interaction of Intense Femtosecond Laser Pulses with Solid Targets." Diss., lmu, 2009. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:19-96150.
Full text
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Metje, Jan [Verfasser]. "Development and Application of a XUV Laser Light Source for Photoelectron Spectroscopy of Solutions / Jan Metje." Berlin : Freie Universität Berlin, 2017. http://d-nb.info/1125450320/34.
Full text
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Liu, Aihua. "Energy- and angle-resolved infrared-laser-assisted xuv single- and two-photon double ionization of helium." Diss., Kansas State University, 2015. http://hdl.handle.net/2097/19768.
Full textAbstract:
Doctor of PhilosophyDepartment of Physics
Uwe Thumm
Although the latest and most powerful supercomputer today, Tianhe-2 in China, can finish 33.86 quadrillion floating-point operations per second (www.top500.org), it is still a big challenge to simulate the simplest few-electron system - the helium atom - a threebody system with one nucleus and two electrons. Within the fixed-nucleus approximation and time-dependent close coupling (TDCC) approach, we developed software to solve the time-dependent Schrödinger equation (TDSE) accurately, implementing the finite-element discrete-variable representation (FE-DVR) scheme. The general idea of the method is to expand the wave functions in the eigenvectors of the angular momentum operator, which further transform the six-dimensional TDSE to a set of infinite two-dimensional coupled equations. Although there are infinitely many coupled equations, they can be truncated to a finite number of equations by applying selection rules and physical requirements, and solved with our current computational resources. By numerically solving the TDSE in full dimensionality, we investigate the double photoionization of helium atoms in external fields. In co-planar emission geometry with and without the presence of a comparatively weak infrared (IR) laser pulse, we discuss the double ionization (DI) dynamics of helium atoms irradiated by ultrashort pulses of extreme ultraviolet (XUV) laser light. We first investigate the degree of electronic correlation by correlated photoelectron angular distributions for two-photon double ionization (TPDI) of helium atoms in the sequential and non-sequential DI regime. We quantify sequential and non-sequential contributions to TPDI driven by an XUV pulse with central photon energy hw[subscript]xuv near the sequential DI threshold. If the spectral width of the XUV pulse is broad enough, both the sequntial (hw[subscript]xuv > 54.4 eV) and non-sequential (hw[subscript]xuv < 54.4 eV) channels are open. Therefore, the sequential and non-sequential DI mechanisms are difficult to distinguish. By tracking the DI asymmetry in joint photoelectron angular distributions, we introduce the forward-backward-emission asymmetry as a measure that allows the distinction of sequential and non-sequential contributions. Specifically, for hw[subscript]xuv = 50 eV pulses with a sine-squared temporal profile, we find that the sequential DI contribution is the largest at a pulse length of 650 as (1 as = 10[superscript]−18 s), due to competing temporal and spectral constraints. In addition, we validate a simple heuristic expression for the sequential DI contribution in comparison with ab initio calculations. We then investigate the influence of the laser field on the DI of helium by a single XUV pulse. For IR-laser-assisted single-XUV-photon DI our joint angular distributions show that the IR-laser field enhances back-to-back electron emission and induces a characteristic splitting in the angular distribution for electrons that are emitted symmetrically relative to the identical linear polarization directions of the XUV and IR pulse. These IR-pulse-induced changes in photoelectron angular distributions are (i) imposed by different symmetry constraints for XUV-pulse-only and laser-assisted XUV-photon DI, (ii) robust over a large range of energy sharing between the emitted electrons, and (iii) consistent with the transfer of discrete IR-photon momenta to both photoelectrons from the assisting IR-laser field. While selection-rule forbidden at equal energy sharing, for increasingly unequal energy sharing we find back-to-back emission to become more likely and to compete with symmetric emission. To obtain a high level of accuracy, accurate quantum-mechanical calculations of three Coulomb interacting particales exposed to an intense XUV and weak IR field are at the limit of current computational power. Any direct extension (such as strong laser-field intensity, elliptically-polarized field, and laser-induced DI) of our approach to more complicated systems appears to be currently out of reach. At the end of this thesis, we give suggestions on how to improve the efficiency of TDSE calculations for simulations of these complicated many-photon processes.
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Meng, Limin. "Experimental study and numerical simulations of the spectral properties of XUV lasers pumped by collisional excitation." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00790077.
Full textAbstract:
Improving the knowledge of the spectral and temporal properties of plasma-based XUV lasers is an important issue for the ongoing development of these sources towards significantly higher peak power. The spectral properties of the XUV laser line actually control several physical quantities that are important for applications, such as the minimum duration that can be achieved (Fourier-transform limit). The shortest duration experimentally achieved to-date is ~1 picosecond. The demonstrated technique of seeding XUV laser plasmas with a coherent femtosecond pulse of high-order harmonic radiation opens new and promising prospects to reduce the duration to a few 100 fs, provided that the gain bandwidth can be kept large enough.XUV lasers pumped by collisional excitation of Ni-like and Ne-like ions have been developed worldwide in hot plasmas created either by fast electrical discharge, or by various types of high-power lasers. This leads to a variety of XUV laser sources with distinct output properties, but also markedly different plasma parameters (density, temperature) in the amplification zone. Hence different spectral properties are expected. The purpose of our work was then to investigate the spectral behaviour of the different types of existing collisional excitation XUV lasers, and to evaluate their potential to support amplification of pulses with duration below 1 ps in a seeded mode.The spectral characterization of plasma-based XUV lasers is challenging because the extremely narrow bandwidth (typically ∆λ/λ ~10-5) lies beyond the resolution limit of existing spectrometers in this spectral range. In our work the narrow linewidth was resolved using a wavefront-division interferometer specifically designed to measure temporal coherence, from which the spectral linewidth is inferred. We have characterized three types of collisional XUV lasers, developed in three different laboratories: transient pumping in Ni-like Mo, capillary discharge pumping in Ne-like Ar and quasi-steady state pumping in Ne-like Zn. Besides the accurate measurement of the temporal coherence of the laser in each case, we have studied the spectral behaviour when the laser is operated in the saturation regime and (in Ni-like Mo) when it is seeded with high-order harmonic radiation. We have also investigated the temporal behaviour of the Ni-like Mo transient XUV laser, using an ultrafast X-ray streak camera. Our linewidth measurements are compared with detailed numerical calculations including relevant broadening mechanisms as well as radiative transfer effects. The evolution of the spectral profile with amplification and saturation was studied for different plasma parameters, and corresponding Fourier-transform limit duration were evaluated.The shortest temporal coherence (ie the largest bandwidth) is measured for the quasi-steady state pumping XUV laser, which operates at the highest density and ionic temperature.
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Habib, Jamil. "Étude et développement d'un laser XUV à haute cadence pour la station LASERIX : application à la radiobiologie." Paris 11, 2009. http://www.theses.fr/2009PA112372.
Full textAbstract:
Les sources de rayonnement XUV cohérent produites par laser ont permis d'ouvrir de nouvelles applications dans différents domaines. La station LASERIX de l'université Paris-Sud a pour objectif de faire progresser la technologie de ce type de source mais aussi de mettre à la disposition des utilisateurs des lignes de lumière pour les applications. Mon travail de thèse, qui s'est déroulé en parallèle à la montée en puissance de l'installation, a donc abordé les deux aspects. Après avoir mis en place un laser XUV émettant à 18. 9 nm, nous avons étudié sa largeur spectrale à l'aide d'un dispositif interférométrique. Nous avons montré que cette grandeur est sensible à certains paramètres de pompage du laser XUV. Ce type d'étude permettra à moyen terme, de mettre au point des amplificateurs XUV susceptibles d'amplifier des impulsions de courte durée. Un nouveau dispositif de pompage, surnommé « DGRIP » (Double pulse single beam Grazing Incidence Pumping) a été installé sur la station LASERIX pour améliorer la génération du laser XUV. Ce schéma nous a permis d'obtenir une meilleure stabilité du faisceau. De plus sa simplicité de réglage conduit à un gain de temps significatif pour les utilisateurs. Nous avons montré que la présence d'une pré-impulsion contrôlée (en énergie, durée et délai) et précédant les impulsions de pompe pouvait améliorer significativement l'énergie du laser XUV. Finalement, ces travaux de développement d'un laser XUV stable et capable de fonctionner réellement à 10Hz sur la station LASERIX se sont révélés essentiels au succès d'une expérience d'irradiation d'échantillons d'ADNLaser-based sources of coherent XUV radiation have opened new applications in various fields. The goal of the LASERIX station at Paris-Sud University is to advance the technology of this source type and to provide users with XUV beamlines for applications. My thesis work took place in parallel with the power upgrade of the installation and dealt with both aspects. Having established an XUV laser emitting at 18. 9 nm, we have studied its spectral width using an interferometry device. We have proved that this quantity is sensitive to certain parameters of the XUV laser pumping. Such studies allow the intermediate term to develop XUV amplifiers that are capable of amplifying pulses with short duration. A new pumping scheme called "DGRIP" (Double pulse single beam Grazing Incidence Pumping), has been installed on the LASERIX station in order to improve the XUV laser generation. This scheme allowed us to obtain better stability of the beam. In addition, its simplicity of alignment led to a significant increase in beam time available for users. We have shown that the presence of a controlled pre-pulse (with a specific energy, duration, and delay) could significantly improve the XUV laser energy. Finally, the development of a stable XUV laser that is capable of operating effectively at 10Hz at the LASERIX station are proven as essential to the success of an irradiation experiment of DNA samples
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Barszczak, Sardinha Anna Luiza. "Coherent imaging of nano-objects with ultra-short X-ray pulses." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLX006/document.
Full textAbstract:
L'utilisation des rayons X est indispensable pour obtenir la résolution spatiale de la dizaine de nanomètres. La durée de ces flashs va de la dizaine de femtosecondes (1 fs =10-15 s) à la centaine d'attosecondes (1as=10-18 s). Durant ce laps de temps, les nano-objets n'ont pas le temps d'évoluer, assurant l'obtention d'une image précise. En excitant les nano-objets entre deux flashs de rayons X, il est alors possible de suivre sont évolution temporelle et ainsi de réaliser un « film » de son évolution suite à une excitation. Cette information est extrêmement importante car elle permettra d'identifier les états structuraux intermédiaires des nano-objets qui sont connus comme étant les plus importants pour comprendre leur pouvoir réactionnel.Ce genre d'études vient uniquement de débuter dans le monde en raison de l'apparition très récente des sources de rayons X suffisamment brèves et intenses pour réaliser ce genre d'images. La source de référence est un laser dit à « électrons libres » (LEL) dont il existe trois exemplaires au monde, en Allemagne, aux USA et au Japon. Le faible nombre d'exemplaires provient du coût extrêmement élevé de cette machine. Depuis plusieurs années, nous avons montré au LOA que les lasers pouvaient produire un rayonnement X femtoseconde et suffisamment intense pour réaliser des images de nano-objets avec des résolutions spatiales et temporelles équivalentes à celles obtenues sur LEL.La présente thèse a etait construite autour de trois phases : réalisation d'une source de rayons X polarisés circulairement, réalisation d'un nouveau système plus performant d'imagerie, et test sur des échantillons possédants des nano-structures dont la vitesse d'évolution après excitation est prévue aux environs de 100 fs. Ces études ont eu lieu ao LOA, LCLS, Laboratoire de Chimie-Physique, Matière et Rayonnement (LCPMR) et le CEA de Saclay et BESSY-II en Alemagne. Ils ont permis de acquérir une forte expertise en imagerie nanométrique basée sur la nouvelle technique que nous avons développéThe use of X-rays is fundamental to obtain a spatial resolution in the order of the dozen of nanometers. The duration of the flashes of radiation is placed between the dozen of femtoseconds (1 fs =10-15 s) to the hundreds of attoseconds (1as=10-18 s). During this time frame nano-objects are static in time, image wise it translates as a precise image. Exciting these nano-objects with flashes of X-ray beams it is possible to follow its temporal evolution and record a "movie" of the evolution due to excitation. This type of information is extremely important since it can allow the identification of intermediary structural states and therefore attaining a better understanding of their reactional power.This type of studies it is making its debut in the scientific community due to the recent development of ultra-fast and intense X-ray sources needed to perform this type of imaging. The referenced source is a free electron laser (FEL) and there are only tree of them in the world nowadays. One in Germany, one in the USA and one in Japan. The small amount of FELs is mainly due to its elevated costs. From some years the LOA has shown that lasers can also provide an X-ray beam in the femtosecond region and intense enough to produce images of nano-objects with equivalent temporal and spatial resolutions.This present thesis was built in tree phases: realization of an X-ray laser source, circularly polarized; realization of a new improved imaging system and testing of the nano-samples possessing nano-structures. These nano-structures have a velocity of evolution after excitation in the range of 100 fs. These studies have had place at LOA, LCLS, Laboratoire de Chimie-Physique, Matière et Rayonnement (LCPMR), the CEA de Saclay, BESSY-II in Germany. These cooperations have insured a specific training and expertise in the world of nanometric imaging based on the new technique developed during this work
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Bouchard, Guillaume. "Étude théorique et numérique de la génération d’harmoniques XUV à l’aide de lasers ultra-intenses sur feuilles minces." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASS037.
Full textAbstract:
Lors de la focalisation d’un laser femto seconde ultra-intense (Iλ0² > 10¹⁶ W.cm⁻ ²) sur un solide, le champ laser incident est suffisamment intense pour ioniser presque totalement la cible dès le début de l’impulsion. Ainsi la plus grande partie du laser est réfléchis dans la direction spéculaire par le plasma dense créé jusqu’alors : C’est un miroir plasma. Le champ laser ultra-intense accélère les électrons à la surface alors qu’ils sont extraits du plasma à des vitesses proche de c. À chaque période laser, les électrons sont ainsi la source d’un rayonnement de très haute fréquence, pouvant s’étendre jusqu’à l’extrême ultraviolet voir jusqu’au domaine X. Cette périodicité dans la génération se traduit par l’apparition d’un spectre d’harmoniques de la fréquence laser ω₀. Les électrons sont finalement renvoyés dans le plasma avec des vitesses très proche de la vitesse de la lumière. Bien que les mécanismes de génération dans le domaine XUV soient bien identifiés en réflexion aujourd’hui peu d’études ont été menées pour comprendre d’où pouvait provenir le rayonnement émis dans la direction de transmission. L’objectif de cette thèse est de mieux comprendre l’interaction laser-plasma dans le cas où l’épaisseur de la cible est de l’ordre de la longueur d’onde. En particulier, on étudiera dans l’émission le rôle des jets d’électrons relativistes, renvoyés dans le plasma, lorsque ces derniers traversent la face arrière de la cible. La première partie de ce manuscrit s’intéresse aux mécanismes déjà identifiés pour expliquer la génération d’impulsions XUV dans la direction spéculaire. On se demande alors dans quelles mesures ces modèles sont insuffisants pour décrire le rayonnement émis dans la direction de transmission. La seconde partie de ce manuscrit s’intéresse aux méthodes FDTD (Finite Difference Time Domain) utilisées dans les codes "Particle-in-Cell", en particulier à deux effets numériques induits par cette méthode et potentiellement néfastes pour les simulations : La dispersion numérique et l’instabilité Cherenkov numérique. On essayera ici d’apporter une amélioration aux algorithmes classiques diminuant l’impact de la dispersion et de l’instabilité Cherenkov sur les résultats. Enfin on identifiera un tout nouveau mécanisme de rayonnement XUV cohérent : Le rayonnement cohérent par freinage plasma. Lorsque les électrons quittent le plasma, un champ de charge espace de plusieurs TV apparait sur la surface arrière. Ce champ de freinage longitudinal accélère transversalement les jets d’électrons relativistes créés par les cycles optiques suivants. Ces jets émettent alors des impulsions lumineuses d’une centaine d’attosecondeWhen focusing an ultra-intense femtosecond laser pulse (Iλ0² > 10¹⁶ W.cm⁻ ²) on to a solid, the incident laser field is sufficiently high to ionise almost entirely the target at the very beginning of the pulse.Thus the most part of the laser field is reflected in the specular direction by the overdense plasma created until then : This is what we call a plasma mirror. The electrons, accelerated by the ultra-intense laser field ,are pulled out of the plasma with speeds which are almost equal to the speed of light c. For each laser period, electrons are the sources of a high-frequency radiation that can extend to the Extreme Ultra Violetor X domains. This periodicity in the generation process leads to the emergence of a harmonic spectrum of the laser frequency ω₀. Eventually, electrons are pushed back into the plasma with speeds always very close to c. Even though mechanisms of the XUV radiation are well known in the specular direction today, too few studies were conducted to understand generations process in the transmitted direction.The objective of this PhD thesis is to deepen understanding the laser-plasma interaction for the case where the target thickness is of the wavelength order. In particular, we will study the role of relativistic electronsjets in the forward radiation, when they fly across the target rear side.The first part of this manuscript will essentially deal with the already well-known mechanisms which explain the radiation in the specular direction. We can wonder to what extent these models are not sufficient to describe the forward radiation, in the transmitted direction.The second part of this manuscript deal with FDTD methods (Finite Difference Time Domain) in use in the "Particle-in-Cell" codes, especially two numerical effects induced by these methods potentially harmful for simulations in order to achieve physical results with meaning : Numerical dispersion and Numerical Cherenkov Instabilities. We will try to make an improvement to the algorithms in order to mitigate these two annoying effects. Eventually, we will identify a new coherent XUV radiation mechanism : The coherent plasma bremsstrahlung or coherent plasma braking radiation. When electrons leave the plasma, a several TV space-charge field appear on the target rear side. This braking longitudinal field accelerate electrons jets transversally which was created by next optical cycles. These jets radiate intenselight pulses of hundreds attoseconds
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Kaiser, Benjamin [Verfasser], and Vollrath Martin [Akademischer Betreuer] Axt. "Photoionization of atoms with ultrashort XUV laser pulses at extreme intensities / Benjamin Kaiser. Betreuer: Vollrath Martin Axt." Bayreuth : Universität Bayreuth, 2015. http://d-nb.info/1073944158/34.
Full text
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Nilson, Philip Michael. "Measurements of the dynamics of laser and soft X-Ray heated targets by XUV and optical probing." Thesis, Imperial College London, 2006. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.438193.
Full text
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Whitcher, Thomas. "Investigating the interaction of high-intensity XUV pulses from a free-electron laser with warm dense aluminium." Thesis, University of Oxford, 2011. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.555360.
Full textAbstract:
In this Thesis I describe the ongoing investigations into the interaction of high- intensity XUV light with materials in extreme conditions. The focus will be on the series of experiments that took place using FLASH - the first XUV Free-Electron Laser and the attempts to create and probe Warm Dense Matter using Aluminium as the target metal. By focusing the 92eV FEL beam using a specially designed Off-Axis Parabolic mirror, we created the highest intensity XUV light ever produced. We then went on to induce transparency in thin AI films with the high-intensity pulses and using an XUV spectrometer we were able to obtain a great deal of information on the propertied and distribution of the electrons in the conduction band in this highly excited state. We also look at the optical properties of Warm Dense Aluminium for photons with energies below the L-edge and finally attempt to describe the evolution of the AI target when irradiated by a high-intensity XUV pulse using results gathered in this Thesis, theoretical models and computer simulations.
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TA, PHUOC KIM. "Etude du rayonnement XUV produit lors de l'interaction relativiste entre un laser femtoseconde intense et un plasma d'hélium." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00009602.
Full textAbstract:
La diffusion Thomson linéaire – qui correspond à la diffusion d'une onde - électromagnétique de faible intensité par des électrons – est un processus radiatif qui émet du rayonnement à la même fréquence que celle du rayonnement incident. Cependant, lorsque l'intensité de l'onde électromagnétique incidente devient très importante (intensité laser supérieure à 1018 W/cm2), les électrons oscillant dans l'impulsion laser atteignent des vitesses relativistes et ont un mouvement fortement non linéaire. L'onde électromagnétique qu'ils diffusent est alors constituée d'harmoniques pouvant atteindre le domaine spectral des rayons X et la distribution spatiale du rayonnement est anisotrope. La diffusion Thomson est alors dite nonlinéaire et a été proposée à plusieurs reprises comme une source de rayonnement X femtoseconde. Ce n'est qu'aujourd'hui, grâce au développement des lasers intenses, que ce processus radiatif peut être étudié dans le domaine spectral X. Le travail présenté dans cette thèse est consacré à la démonstration expérimentale et à l'étude numérique du rayonnement de diffusion Thomson nonlinéaire X-UV produit lors de l'interaction Laser-Plasma.
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Gaudin, Jérôme. "Processus électroniques d'excitation et de relaxation dans les solides diélectriques excités par des impulsions IR et XUV ultracourtes." Bordeaux 1, 2005. http://www.theses.fr/2005BOR13054.
Full textAbstract:
Nous avons étudiés l'excitation d'un solide diélectrique par une impulsion laser femtoseconde (fs) intense dans le domaine visible où XUV. Ce type d'irradiation produit des électrons ex-cités avec des énergies initiales qui vont de quelques eV à quelques dizaines d'eV au dessus du bas de la bande de conduction. La relaxation de ces électrons est à l'origine de nombreux phénomènes tels que l'ablation laser, le claquage optique ou le transport des électrons " chauds " dans les matériaux à intérêt technologique (SiO2 et diamant). L'objectif de ce travail de thèse est d'étudier de façon directe et de mieux comprendre ces mécanismes de relaxation électroniques. Deux techniques expérimentales complémentaires, utilisant les impulsions XUV ultrabrèves, issues de la génération d'harmoniques d'ordres élevés, ont été mises oeuvre pour mener à bien ces études. Tout d'abord, les expériences de photoémission ont permis de mettre en lumière un nouveau mécanisme d'absorption du rayonnement par les électrons de la bande de conduction : les transitions multiphotoniques interbandes. Nos résultats montrent que ce processus est le mécanisme dominant d'échau_ement des électrons. Cette conclusion est de plus corroborée par les résultats d'un modèle théorique basé sur la résolution de l'équation de Schrödinger dépendante du temps. D'autre part, des expériences " pompe/sonde " de photoémission résolue en temps ont eu pour but de sonder la population d'électrons excités par une impulsion XUV et de suivre son évolution temporelle sur une échelle de temps fs à ps. Les temps de décroissance mesurés sont de l'ordre de quelques ps pour des électrons de 30 eV. L'interprétation des ces durées de vie longue est problématique. Nous suggérons un modèle de relaxation en deux étapes, tout d'abord purement électronique et rapide, puis d'interaction avec le réseau plus lente, pour expliquer ces résultats expérimentaux. Le second type d'expériences porte sur une spectroscopie de photoconduction sur du diamant. En utilisant les harmoniques d'ordres élevés comme source d'excitation nous avons mesuré le courant de déplacement induit qui permet d'accéder au nombre d'électrons excités en fonction de l'énergie des photons incidents. Cette information permet d'étudier l'e_cacité de l'ionisation par impact (collision inélastique électron/électron). Nos résultats peuvent s'interpréter par la structure particulière du diamant qui comporte une deuxième bande interdite 10 eV au dessus du bas de la bande de conduction. Des simulations Monte-Carlo permettent de confirmer cette interprétation.
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Tissandier, Fabien. "Caractérisation spatio-temporelle d'une chaîne laser à 32.8 nm par plasma laser et perspectives vers une source ultrabrève et intense." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00604362.
Full textAbstract:
Ce travail s'inscrit dans le cadre du développement des sources XUV impulsionnelles cohérentes, et plus particulièrement des lasers XUV. Alors que la plupart des lasers XUV fonctionnent en régime d'émission spontanée amplifiée, c'est ici une géométrie de type oscillateur-amplificateur inspirée des lasers de puissance qui est étudiée. L'amplificateur, un plasma de krypton ionisé 8 fois par un champ laser intense, est injecté par un rayonnement harmonique d'ordre élevé à la même longueur d'onde. La source ainsi créée est étudiée aussi bien expérimentalement que numériquement, et l'accent est mis sur l'effet de l'amplification du faisceau harmonique par le plasma sur les caractéristiques spatiales du faisceau résultant (profil spatial, cohérence transverse et front d'onde), et ses caractéristiques spectro-temporelles. Il est entre autres démontré que, du fait du filtrage spatial par l'amplificateur, le faisceau possède des qualités optiques dignes du domaine visible (forte cohérence et proche de la limite de diffraction) et que son profil spatial peut être contrôlé entre un profil gaussien et un profil de Bessel. Ce faisceau se compose par ailleurs d'impulsion µJ de durée ps en limite de Fourier. Afin d'augmenter l'intensité de ces impulsions, on se propose également de guider l'impulsion de pompe dans un canal plasma préformé par laser à densité quasi-critique. Le guidage a été démontré et des résultats prometteurs ont ainsi été obtenus en régime non-injecté.
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Liao, Chen-Ting, Xuan Li, Daniel J. Haxton, Thomas N. Rescigno, Robert R. Lucchese, C. William McCurdy, and Arvinder Sandhu. "Probing autoionizing states of molecular oxygen with XUV transient absorption: Electronic-symmetry-dependent line shapes and laser-induced modifications." AMER PHYSICAL SOC, 2017. http://hdl.handle.net/10150/624049.
Full textAbstract:
We used extreme ultraviolet (XUV) transient absorption spectroscopy to study the autoionizing Rydberg states of oxygen in an electronically- and vibrationally-resolved fashion. XUVpulse initiates molecular polarization and near-infrared pulse perturbs its evolution. Transient absorption spectra show positive optical-density (OD) change in the case of ns sigma(g) and nd pi(g) autoionizing states of oxygen and negative OD change for nd sigma(g) states. Multiconfiguration time-dependent Hartree-Fock (MCTDHF) calculations are used to simulate the transient absorption and the resulting spectra and temporal evolution agree with experimental observations. We model the effect of nearinfrared perturbation on molecular polarization and find that the laser-induced phase-shift model agrees with the experimental andMCTDHF results, while the laser-induced attenuation model does not. We relate the electronicstate- symmetry-dependent sign of the OD change to the Fano parameters of the static absorption line shapes.
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Loisel, Guillaume. "Des plasmas stellaires aux plasmas de laboratoire : Application aux mesures d'opacité dans les domaines X et XUV." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00579800.
Full textAbstract:
Cette thèse s'inscrit dans le contexte général des propriétés radiatives de la matière à haute densité d'énergie (>1011 J/cm3). Les densités d'énergie de la MHDE font qu'une partie importante des échanges d'énergie passe par l'interaction rayonnement-matière. Mes études portent sur l'opacité spectrale, un paramètre fondamental pour la modélisation des intérieurs stellaires et qui constitue aussi une observable propice aux tests expérimentaux des descriptions théoriques de la physique des plasmas chauds et denses. Mes travaux de thèse sont centrés sur l'étude expérimentale des opacités de plasmas à l'équilibre thermodynamique local pour des températures de quelques dizaines d'eV (soit quelques 100 000 K) et quelques mg/cm3 en densité. Les plasmas sont obtenus dans des conditions aussi homogènes que possible en utilisant le chauffage radiatif d'une cavité irradiée par laser de haute énergie, 100-300 J. Ainsi, nous avons pu mettre à profit pour ce type de mesure la configuration utilisant des lasers nanoseconde et picoseconde du LULI (Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers Intenses) pour réaliser le chauffage d'une part et la mesure sur un temps bref d'autre part de la transmission des plasmas, l'utilisation d'impulsions courtes constituant une première pour ce type d'expériences. Dans le domaine des X de l'ordre du keV, les transitions absorbantes 2p−3d ou 3d−4f d'éléments de numéro atomique moyen ou élevé ont été sondées. Elles font apparaitre des structures d'absorption dont la forme résulte principalement de la compétition entre l'éclatement spin-orbite et les effets d'élargissement statistiques. Il a été montré que cette compétition dépendait fortement du numéro atomique Z. Ainsi à paramètres plasma proches nous avons exploré l'opacité des éléments fer, nickel, cuivre et germanium (Z autour de 30) dans une première série de mesures puis celle du baryum, samarium et du gadolinium, dans une seconde expérience (Z autour de 60). L'astrophysique stellaire nécessite aussi de mesurer précisément, et de manière bien caractérisée, les opacités du groupe du fer (Cr, Fe, Ni et Cu) dans le domaine des XUV (50 − 200 eV). Ces opacités sont à l'origine de l'excitation dans les enveloppes radiatives des étoiles pulsantes massives de type spectral B pour une température de l'ordre de 200 000 K. Dans ces conditions, les moyennes de Rosseland présentent des différences nettes entre les calculs utilisés par la communauté astrophysique et ne permettent pas d'interpréter les oscillations et l'ensemble des fréquences observées de manière univoque. Pour permettre des comparaisons avec divers calculs spectraux, j'ai participé à la mise en place d'un nouveau schéma expérimental à deux cavités dont le but était d'améliorer l'homogénéité du chauffage des échantillons. Je montrerai enfin l'analyse des paramètres plasmas pour ce type de schéma. J'ai en particulier analysé le cas du nickel dont la transmission a été mesurée pour la première fois dans cette gamme spectrale. Dans chaque cas je présenterai l'analyse des résultats obtenus.
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Dozières, Maylis. "Étude expérimentale du transport de l’énergie radiative dans les plasmas denses par spectroscopie d'absorption et d'émission." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS454/document.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse est une étude expérimentale, basée sur la spectroscopie d’émission et d’absorption de plasmas chauds et denses créés par une impulsion laser nanoseconde. La physique atomique au sein de ce type de plasmas représente un sujet complexe et de grand intérêt, notamment dans les domaines de l’astrophysique ou de la fusion par confinement inertiel. Du point de vue de la physique atomique, cela revient à déterminer des paramètres tels que l’ionisation moyenne ou l’opacité en fonction de la température électronique et de la densité de matière du milieu. Les codes de physique atomique ont alors besoin de données expérimentales pour se développer et être validés afin qu’ils soient prédictifs sur une large gamme de plasmas. Dans ce travail nous nous concentrons sur des plasmas dont la température électronique varie de 10 eV à plus d’une centaine d’électron-volts pour des densités de matière allant de 10⁻⁵ à 10⁻² g/cm³. Dans ce manuscrit on distingue deux types de données spectroscopiques qui sont toutes les deux utiles et nécessaires au développement des codes de physique atomique car elles sont caractéristiques de l’état du plasma étudié : 1) des spectres d’absorption obtenus avec des plasmas proche de l’équilibre thermodynamique local de Cu, de Ni et d’Al ; 2) des spectres d’émission obtenus avec des plasmas hors équilibre thermodynamique local de C, d’Al et de Cu. Ce travail met en lumière différentes techniques expérimentales ainsi que diverses comparaisons avec des codes de physique atomique et d’hydrodynamiqueThis PhD work is an experimental study, based on emission and absorption spectroscopy of hot and dense nanosecond laser-produced plasmas. Atomic physics in such plasmas is a complex subject and of great interest especially in the fields of astrophysics or inertial confinement fusion. On the atomic physics point of view, this means determining parameters such as the average ionization or opacity in plasmas at given electronic temperature and density. Atomic physics codes then need of experimental data to improve themself and be validated so that they can be predictive for a wide range of plasmas. With this work we focus on plasmas whose electronic temperature varies from 10 eV to more than a hundred and whose density range goes from 10⁻⁵ à 10⁻² g/cm³. In this thesis, there are two types of spectroscopic data presented which are both useful and necessary to the development of atomic physics codes because they are both characteristic of the state of the studied plasma: 1) some absorption spectra from Cu, Ni and Al plasmas close to local thermodynamic equilibrium; 2) some emission spectra from non local thermodynamic equilibrium plasmas of C, Al and Cu. This work highlights the different experimental techniques and various comparisons with atomic physics codes and hydrodynamics codes
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Cheenicode, Kabeer Fairoja [Verfasser]. "Ab initio Molecular Dynamics Simulations of the Structural Response of Solids to Ultrashort Laser and XUV Pulses / Fairoja Cheenicode Kabeer." Kassel : Universitätsbibliothek Kassel, 2015. http://d-nb.info/1069693669/34.
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Katzy, Raphael [Verfasser], and Frank [Akademischer Betreuer] Stienkemeier. "Entwicklung der Molekularstrahlquellen der LDM-Beamline am Freie-Elektronen-Laser FERMI und Spektroskopie an dotierten Heliumnanotröpfchen in intensiver XUV-Strahlung." Freiburg : Universität, 2017. http://d-nb.info/1136862854/34.
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Deschaud, Basil. "Interaction d'un rayonnement X-XUV intense avec la matière : cinétique atomique associée." Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0453/document.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse suit l'apparition récente de ces nouvelles sources intenses et courtes de rayonnement dans la gamme X/XUV que sont les lasers X/XUV à électrons libres (XFEL). Contrairement aux sources optiques qui déposent principalement leur énergie via les électrons libres, les photons X/XUV déposent leur énergie dans la matière par la photoionisation de couches internes avec éjection de photo-électrons, suivie par l'éjection d'électrons Auger et d'électrons de recombinaison à trois corps dans la distribution d'électrons libres. Le chauffage se fait donc par l'intermédiaire de la structure atomique. La forte intensité des XFELs permet de faire jusqu'à un trou par atome dans un solide produisant ainsi, sur une échelle femtoseconde, un état exotique fortement hors-équilibre appelé solide creux. Cet état exotique instable se désexcite via un ensemble de processus atomiques élémentaires. Nous nous sommes intéressés dans cette thèse au développement d'outils permettant de calculer la cinétique des populations atomiques, couplée à la cinétique des électrons libres, pendant la transition à densité ionique constante, de solide à plasma dense en passant par l'état de solide creux, induit par le rayonnement XFEL irradiant une cible solide. Tout le défi ici a été de calculer cette cinétique couplée hors-équilibre entre ces états de la matière de nature très différente. Pour répondre a ce défi nous avons développé deux modèles cinétiques d'interaction XFELsolide, pour lesquels la description d'un solide comme un plasma froid dégénéré nous a permis d'utiliser une même approche plasma pendant l'ensemble de la transition du solide au plasma. L'ensemble de la physique atomique HETL d'intérêt ayant lieu à densité du solide, bien avant la détente de la matière, nous avons développé deux codes associés à ces modèles pour une utilisation à densité ionique constante. Pour aborder l'étude nous nous sommes d'abord concentrés sur la cinétique des électrons liés en supposant une distribution d'électrons libres à l'équilibre (ce qui suppose une thermalisation instantanée des électrons libres). Dans le cadre de l'approche de plasma dense étendue jusqu'au solide, nous avons développé un modèle collisionnel-radiatif généralisé. Cette généralisation passe par l'identification d'un lien entre état solide et plasma au niveau des processus atomiques élémentaires. Le code développé à partir de ce modèle nous a permis d'étudier des résultats expérimentaux et ainsi d'améliorer notre description des effets de densités dans les plasmas denses. Dans une seconde partie nous avons ajouté à l'étude la cinétique des électrons libres en considérant une distribution d'électrons libres hors-équilibre. Le code associé, basé sur la discrétisation de cette distribution et son couplage avec les états liés, nous a permis d'étudier le rôle des processus atomiques élémentaires dans la thermalisation de la distribution d'électrons libresThis work follows the recent development of the free electron lasers in the X-ray and XUV-ray range (XFEL). Unlike optical sources that deposit their energy via the free electrons, the X/XUV photons deposit their energy directly via photoionization of inner shell electrons with the ejection of photo-electrons, followed by the ejection of Auger electrons and three body recombination electrons in the free electron distribution. The matter is thus heated via the atomic structure. The high XFEL intensity allows one to make up to one hole per atom in a solid, thus producing, on a femtosecond time scale, an exotic state, highly out of equilibrium, called hollow cristal. This unstable exotic state deexcite via a set of elementary atomic processes. In this work we were interested in the development of tools to calculate the atomic population kinetics, coupled to the free electron kinetics, during the transition at constant ionic density, from solid to dense plasma, induced by an XFEL irradiating a solid target. The goal here was to calculate this out of equilibrium coupled kinetics between states of matter having a very different nature. To address this problem we have developed two kinetics models of XFEL interaction with solids. In both these models the description of the solid as a cold degenerated plasma allowed us to use the same plasma approach during all the solid-plasma transition. Considering the fact that all the atomic physics takes place at solid density, way before the matter relaxation, we have developed two codes, associated with these two models, for a use at constant ionic density. To approach this study, we first focused on the bound electron kinetics assuming a free electron distribution at equilibrium (i.e. hypothesis of instantaneous thermalization of the free electrons). In the framework of the dense plasma approach extended up to the solid state, we have developed a generalized collisional radiative model. This generalization goes through the identification of a link between the solid state and the plasma state for the elementary atomic processes. The code associated with this model allowed us to study experimental results and to improve our description of the density effects in dense plasmas. In a second part the free electron kinetics is included in the model with a free electron distribution out of thermodynamic equilibrium. The associated code, based on the discretization of this distribution and its coupling with bound atomic states allowed us to study the role of the atomic elementary processes in the free electron distribution thermalization
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Grigoryan, Naira [Verfasser]. "Excitation of Phonons in Solids and Nanostructures by Intense Laser and XUV Pulses and by Low Energy Atomic Collision / Naira Grigoryan." Kassel : Universitätsbibliothek Kassel, 2016. http://d-nb.info/1091589356/34.
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Tcherbakoff, Olivier. "Confinement Temporel de la Génération d'Harmoniques d'Ordres Élevés." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00010739.
Full textAbstract:
Les harmoniques d'ordres élevés, produites lors de l'interaction entre un laser impulsionnel intense et un milieu gazeux, sont émises dans le domaine temporel sous forme d'un train d'impulsions attosecondes espacées d'une demi période optique du champ laser. La production d'une seule impulsion attoseconde permettrait d'accéder à des résolutions temporelles jusqu'ici inaccessibles pour des études résolues en temps. D'après les simulations, une des solutions pour atteindre cet objectif est de confiner la génération d'harmoniques sur moins d'un cycle optique du laser fondamental. Dans ce manuscrit, nous présentons une méthode qui permettrait de restreindre l'émission harmonique à une seule impulsion. Elle repose sur l'extrême sensibilité de la génération d'harmoniques à la polarisation. Nous avons développé une technique originale permettant de moduler temporellement la polarisation d'une impulsion laser infra-rouge. Dans un premier temps, nous avons étudié les modifications spectrales des harmoniques générées par cette impulsion modulée en polarisation. Dans un second temps, nous avons réalisé une mesure directe des impulsions harmoniques obtenues en modulant temporellement l'état de polarisation de l'impulsion laser. Nous avons observé clairement un confinement de la génération d'harmoniques. Ce travail a permis de fixer à environ 10 fs la durée maximale que l'impulsion infrarouge doit avoir pour obtenir une seule impulsion attoseconde. Dans ce cadre, nous avons développé au laboratoire une technique originale de post-compression d'impulsion laser pour obtenir des impulsions haute énergie sub-10 fs.
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Machinet, Guillaume. "Développement de sources lasers femtosecondes ytterbium à très haute cadence et applications." Thesis, Bordeaux 1, 2013. http://www.theses.fr/2013BOR14999/document.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse est consacré au développement de sources lasers femtosecondes à haute cadence, de forte puissancemoyenne (>10 W) avec des énergies supérieures à 100 μJ. Ce type de sources est primordial pour le développementd’applications industrielles variées (micro-usinage athermique, chirurgie oculaire, …) ainsi qu’en recherchefondamentale pour l’étude de l’interaction laser matière.Après un chapitre d’introduction sur l’état de l’art des chaînes lasers de forte puissance moyenne à base de matériauxdopés ytterbium, la réalisation d’une chaîne laser de forte puissance moyenne compacte à base de fibre photoniquemicrostructurée à large aire modale sera présentée. Il sera notamment démontré les principales limitations en termed’énergie et de puissance moyenne. D’une part, le fort confinement de l’impulsion lumineuse dans le coeur de la fibrefavorise l’accumulation d’effets non-linéaires lors de l’amplification et détériore la qualité de l’impulsion. D’autrepart, en raison du diamètre de coeur important (> 70 μm) choisit pour lutter contre l’effet précèdent, le guidage dumode fondamental TEM00 de ces fibres est très critique et devient sensible à la charge thermique interne à la fibre.Cette source laser a été utilisée dans le cas de deux applications bien spécifiques : le perçage de plaques d’acierépaisses pour une finalité de déminage (relatif au cadre du financement de cette thèse par la Direction Générale del’Armement) et à la génération d’harmoniques d’ordres élevées à très haute cadence (relatif au domaine d’expertisedu CELIA). Ces deux applications sont traitées au cours du troisième chapitre.A la vue des limitations observées et afin de disposer de chaînes lasers plus énergétiques et offrant des duréesd’impulsions encore plus courtes, une nouvelles architecture d’amplification a été proposée : le pompage fortebrillance de matériaux dopés Ytterbium. Ce concept présenté dans le dernier chapitre utilise le développement desources fibrées monomodes continues émettant à 976 nm. Cette architecture d’amplification a été utilisée afin deréaliser d’une part un oscillateur sub-70 fs et de forte puissance moyenne (>2,3 W) à une cadence de 73 MHz etd’autre part : un amplificateur type « booster » à fort gain. Deux expériences qui ont été réalisées avec des cristauxd’Yb:CaF2. Ce matériaux présente en effet l’avantage d’avoir un très large spectre d’émission (>60 nm) propice à lagénération et amplification d’impulsions femtosecondes mais aussi d’être « compatible » avec les chaînes de trèsforte puissance grâce à sa très bonne conductivité thermiqueThis work concerns the development of high repetition rate femtosecond lasers with high average power (>10 W)and energies in excess of 100 μJ. Such lasers are paramount for the development of new industrial applications(athermal micro-drilling, eye surgery, ...) and for fundamental research on high repetition rate laser matter interactionstudies.After a brief introduction and the state of the art summary on high-average power femtosecond laser with ytterbiumdoped materials, a compact high-average power femtosecond laser with a large mode area microstructured rod typeamplifier will be presented. It will browse the main limitations in terms of energy and average power. Limitationsare mainly due to the strong confinement of the electric field propagating in the fibre core leading to non-linear effectsaccumulated during the amplification. On the other hand, for larger core diameter (> 70 μm), the fundamental modeguiding (TEM00) is very weak and thus very sensitive to the internal thermal load of the fibre.This laser source has been used in two specific applications: athermal drilling of thick stainless steel plate for mineclearing(an application of interest for the Direction Générale de l’Armement) and High order Harmonics Generationat high repetition rate (related to CELIA activities). These two applications are presented in the third chapter.In order to stretch the limits and generate more energetic and a shorter pulse, a new amplification scheme has beenproposed, namely high brightness optical pumping of ytterbium doped materials. This concept presented in the lastchapter benefits from the development of high average power single-mode fibre lasers source emitting at 976 nm.This amplification scheme allowed us to realize a high average power Kerr-lens oscillator delivering pulses with apulse duration below than 70 fs and an average power of 2.3W at a repetition rate of 73 MHz. In a second phase, wealso developed a « booster » amplifier with a high single- pass-gain. These two results have been obtained by usingYb-doped CaF2 crystals. This material presents the advantage to have a very broad emission bandwidth (> 60nm)suitable to generate and amplify femtosecond pulses and to be compatible with high average power laser due to hisvery good thermal conductivity
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Quintard, Ludovic. "Caractérisation et contrôle des profils spatiaux, spectraux et temporels de faisceaux XUV obtenus par génération d’harmoniques d’ordres élevés dans des gaz." Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0641/document.
Full textAbstract:
Dans ce travail nous présentons nos travaux réalisés sur le contrôle de la générationd’harmoniques d’ordres élevés dans les gaz. Dans un premiers temps nous montronscomment, en générant les harmoniques hors du foyer du faisceau IR, il est possiblede contrôler la phase spatiale des harmoniques dans le milieu générateur permettantd’obtenir un front d’onde divergent, collimaté ou convergent. Par cette méthode nousmontrons qu’il est possible de focaliser les harmoniques à des distances pouvant atteindresix longueur de Rayleigh après le point focal du faisceau IR. Nous avons ensuiteétudié des faisceaux harmoniques XUV présentant des distributions spatio-spectralesen champ lointain structurées. Dans cette étude nous observons l’influence d’un irisde diamètre variable positionné avant la focalisation de l’IR. Dans un troisième tempsnous étudions des méthodes de contrôle du spectre harmonique. Tout d’abord nousavons contrôlé finement la longueur d’onde centrale des harmoniques par modificationdu contenu spectral de l’IR en superposant deux impulsions IR retardées. Puis nousavons utilisé les effets collectifs de la génération d’harmoniques afin de favoriser uneharmonique spécifique ou un groupe d’harmoniques en champ lointain. Enfin, nousprésentons une méthode de caractérisation de la durée d’impulsions attosecondes dansle domaine temporel. Cette méthode, appelée ionisation par paliers, utilise l’ionisationcomme sonde pour mesurer des durée d’impulsions pouvant atteindre la centained’attosecondeWe present our work on the control of high order harmonic generation in gases.We first show how, by generating the harmonics outside the focus of the IR beam,it is possible to control the spatial phase of the harmonics in the generating mediumallowing to obtain a divergent, collimated or convergent wavefront. With this methodwe show that it is possible to focus the harmonics up to six Rayleigh length after thefocal point of the IR beam. Then we study XUV harmonic beams presenting structuredspacio-spectral distributions in the far field. In this study, we observe the influence ofthe diameter of an iris positioned before the focusing of the IR. In a third step we studymethods for controlling the harmonic spectrum. First, we finely control the harmonicscentral wavelength by modifiying the spectral content of the IR by adding two delayedIR pulses. Then we used the collective effects of the high order harmonic generationin order to foster a specific harmonic or a group of harmonics in the far field. Finally,we present a method for characterizing the duration of attosecond pulses in the timedomain. This method, called ionization ladder, uses ionization as a probe to measurepulse duration of up to hundreds of attosecond
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Sopena, Moros Arturo. "Etude des effets relativistes en régime d’interaction non-linéaire entre les molécules et les impulsions laser brèves dans les domaines de fréquences XUV et X mous." Thesis, Bordeaux, 2021. http://www.theses.fr/2021BORD0131.
Full textAbstract:
Le développement des sources XUV intenses du type laser à électrons libres (LEL) et génération d’harmoniques d’ordre élevé (GHOE) en régime femtoseconde (fs) et sub-fs permet l’investigation des processus non-linéaires ultra rapides dansl’interaction laser-matière. Dans le contexte de l’étude de la dynamique de la photoionisation moléculaire aux temps ultra-brefs, la résolution directe de l’équation de Schrödinger dépendante du temps (ESDT) s’est révélée cruciale pour l’interprétationdes observations expérimentales. Dans cette thèse, nous présentons des calculs ab-initio pour la photo-ionisation de H2 en impulsion ultra-brève UV et X. On s’intéressera plus particulièrement aux processus non-linéaires impliquant deux photons,à leur rôle dans le couplage dynamique électron-noyaux ainsi qu’aux effets liés aux corrections à l’approximation dipolaire (AD).Notre approche théorique est basée sur la méthode spectrale, elle nécessite la détermination des états quantiques de la molécule isolée. Ces états sont calculés dans l’approximation Born-Oppenheimer (BO) dans le contexte de la méthode d’interaction de configuration, en s’appuyant sur la théorie des collisions pour traiter les continua et sur le formalisme de Feshbach pour calculer les états autoionisants. Dans le traitement de l’interaction avec le rayonnement, nous nous basons sur un développement multipolaire du vecteur potentiel du champ en jauge de Coulomb, dont nous conservons les termes correspondant à l’AD et aux effets de retard jusqu’à l’ordre O(1/c). Finalement, nous utilisons des approches perturbatives et nonperturbatives pour obtenir l’amplitude de transition liée à l’ionisation, à partir de laquelle on calcule les sections efficaces, les spectres de photoélectrons et les distributionsangulaire dans le référentiel de la molécule [...]The development of intense XUV sources through free-electron lasers (FELs) and high-order harmonic generation (HHG) in the femtosecond (fs) and sub-fs domains provides a unique tool to investigate non-linear ultrafast laser-matter interaction. In the study of the dynamics of molecular photoionization at ultrashort timescales, the Time-Dependent Schrödinger Equation (TDSE) has been crucial for the interpretation of experimental observations. In this thesis, we present results for ab initio calculations of H2 photoionization with UV/X-ray ultrashort laser pulses. We focus on the study of non-linear processes involving two photons and their role in the coupled electron-nuclear dynamics they induce and their study beyond the dipole approximation (DA). Our theoretical approach is based on a spectral method, which requires determining the quantum states of the field-free molecule. These states are calculated in the Born-Oppenheimer approximation employing a configuration interaction scheme together with multichannel scattering theory to determine for the treatment of continuum states, and the Feshbach partitioning formalism to account for autoionization. We resort to a multipolar expansion of the vector potential in the Coulomb gauge, from which we keep the terms corresponding to DA and retardation effects up to O(1/c), to account for the interaction with radiation. Finally, we make use of perturbative and non-perturbative propagation schemes to obtain transition amplitudes from which we can extract cross-sections, photoelectron spectra (PES), and molecular frame angular distributions (MFPADs).In the first part of the results, we demonstrate the coherent control of ionization and dissociation achieved by filtering the higher harmonics in an attosecond pulse train (APT) in an XUV pump-UV probe scheme. By solving the TDSE in DA including electronic and nuclear motion, we are able to extract nuclear and electronic kinetic energy release (KER) spectra to analyze the main ionization pathways as afunction of the delay between pump and probe. We then discuss the effect of harmonic filtering in manipulating one-photon against two-photon ionization yields, dissociative ionization channels, and asymmetries in the MFPADs. In the second part of the results of the thesis, we report the first calculations of Stimulated Raman Scattering (SRS) and Stimulated Compton Scattering (SCS) in H2 with intense X-ray laser fields. These non-linear phenomena consist in the absorption of a photon and the subsequent stimulated emission of a less energetic one leaving the molecule in an excited state (SRS) or effectively ionizing it (SCS). Theoretically, the inclusion of effects beyond DA becomes mandatory. We begin by investigating the relative role of the dipole (A.P) and non-dipole (A2) interaction terms through a perturbative study of the Raman cross-section. The role of the high energy electronic continuum in the partial cancellation of the dipole contribution is also analyzed. We then present results from SRS and SCS calculations using ultra-short pulses in which we compare the relative contribution of the dipole and non-dipole routes as a function of the photon energy. We assert the validity of perturbation theory by directly comparing SRS calculations with results obtained by solving the TDSE. In SCS, the interference between dipole and non-dipole routesproduces asymmetries in the MFPADs, which we analyze. Special attention is givento the effect of molecular orientation.Finally, we study SCS with two colors, focusing on the effect of the angle between the pulse propagation directions. As seen in atoms, non-dipole effects are enhanced for counter-propagating pulses. We also investigate the effect of color separation in energy
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Monier, Pascale. "Amplification de rayonnement XUV dans les plasmas créés par laser étude d'un schéma combiné d'excitation optique et collisionnelle dans les ions isoélectriques du néon /." Grenoble 2 : ANRT, 1987. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37608152t.
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Monier, Garbet Pascale. "Amplification de rayonnement XUV dans les plasmas créés par laser : étude d'un schéma combiné d'excitation optique et collisionnelle dans les ions isoélectroniques du néon." Paris 11, 1987. http://www.theses.fr/1987PA112090.
Full textAbstract:
Le rayonnement XUV émis par les plasmas produits par laser peut, dans certaines conditions, être amplifié par le milieu qui devient alors le siège d'un effet laser dans ce domaine de courtes longueurs d'onde (100 - 200 Å). Le but de ce travail est d'étudier la faisabilité d'un nouveau schéma d'inversion de population dans le strontium isoélectronique du néon, associant l'excitation collisionnelle et 11 excitation optique quasi-résonnante par le rayonnement de l'aluminium à 6. 059 Å. Une analyse spectroscopique du plasma de strontium au voisinage de 150 Å conduit à l'identification des raies néonoïdes sur lesquelles est attendue l'amplification de rayonnement. L'absorption X quasi-résonnante du rayonnement de l'aluminium par le strontium est mise en évidence dans une expérience à deux plasmas. Un modèle collisionnel-radiatif détaillé, SPHINX, permet de calculer le gain en fonction des conditions de plasma, et du taux d'excitation optique résonnante. Les transferts de population, à la fois optiques et collisionnels, sont soigneusement étudiés. Corrélativement les gains prévus par SPHINX dans le strontium, et dans le schéma d'excitation collisionnelle seul, sont comparés aux valeurs expérimentales observées au Lawrence Livermore National Laboratory sur les mêmes transitions dans le sélénium. Un très bon accord qualitatif est trouvé pour les deux transitions situées à 164. 08 Å et 166. 49 Å dans le strontiumXUV radiation emitted by laser produced plasmas may, under particular conditions, be amplified by the medium, leading to a laser effect in this short wavelength range (100 - 200 Å). This work is intended to study the feasibility of a new population inversion scheme in neon-like strontium, combining collisional excitation and quasi resonant photoexcitation by aluminium radiation at 6. 059 Å. A detailed spectroscopic analysis of the strontium plasma near 150 Å has made possible the identification of the neon-like lines which are expected to be amplified. Quasi-resonant X-ray absorption of aluminium radiation by strontium is demonstrated in a two plasmas experiment. Gain is calculated as a function of the plasma conditions and of the resonant photoexcitation rate coefficient, using a detailed collisional-radiative model, SPHINX. Population transfers due to photon and collisional processes are carefully studied. At the same time, gains computed from SPHINX in strontium and in the collisional excitation scheme alone, are compared to experimental values observed at the Lawrence Livermore National Laboratory on the same transitions in selenium. A very good qualitative agreement is found for both transitions located at 164. 08 Å and 166. 49 Å in strontium
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Bourassin-Bouchet, Charles. "Optiques pour les impulsions attosecondes." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00657772.
Full textAbstract:
Les plus brefs flashs de lumière qui puissent être produits en laboratoire actuellement ont des durées de quelques dizaines d'attosecondes (1 as = 10-18 s), et ne peuvent être créés que dans le domaine extrême-ultraviolet (XUV). Le développement de composants optiques capables de contrôler et de mettre en forme ce rayonnement attoseconde est crucial pour permettre à ces impulsions de se généraliser. Cette thèse porte donc sur l'étude et la réalisation de tels composants.Les impulsions attosecondes ont la particularité de comporter une dérivée de fréquence intrinsèque au processus utilisé pour leur génération. Cela a pour effet d'augmenter leur durée. Nous avons donc développé des miroirs multicouches capables d'induire une dérive de fréquence opposée sur les impulsions s'y réfléchissant, permettant ainsi de les compresser. En caractérisant les impulsions attosecondes réfléchies par ces miroirs, nous avons pour la première fois observé une telle compression des impulsions attosecondes. Nous avons également développé des miroirs multicouches théoriquement capables de compresser des impulsions sous la barre symbolique des 50 as, soit en dessous du record actuel de durée d'une impulsion lumineuse.La mesure de ces impulsions requiert leur focalisation dans un spectromètre. Or les miroirs focalisants généralement utilisés peuvent très rapidement introduire des aberrations géométriques. A l'aide de simulations numériques et d'une étude analytique, nous avons montré que ces aberrations pouvaient très fortement déformer la structure spatio-temporelle des impulsions attosecondes, provoquant une augmentation de leur durée. Enfin, nous avons montré que ces effets n'étaient pas pris en compte par les techniques actuelles de caractérisation d'impulsions attosecondes, cela pouvant amener à mesurer une impulsion attoseconde plus courte qu'elle ne l'est en réalité.
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Guichard, Roland. "Excitation et ionisation des atomes d'hydrogène et d'hélium par des impulsions laser femtosecondes : approche théorique par des états de "Coulomb-Volkov"." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00244653.
Full textAbstract:
Nous présentons une approche théorique fondée sur des états de « Coulomb-Volkov » bien adaptée à l'étude des processus multiphotoniques atomiques induits par un laser XUV femtoseconde intense. Elle prédit les spectres d'ionisation de l'hydrogène quand l'impulsion incidente reste en conditions de perturbation. Trois voies sont explorées dans ce manuscrit. L'extension à des champs intenses quand ħω > Ip : il est nécessaire de prendre en compte la population de l'état initial de l'hydrogène, en l'introduisant dans une amplitude Coulomb-Volkov standard, on décrit l'ionisation multiphotonique quasi-saturée. L'extension aux transitions multiphotoniques avec ħω < Ip : de nouveaux chemins quantiques sont ouverts par l'excitation des états liés de l'hydrogène. Une approche Coulomb-Volkov de l'excitation multiphotonique de ces états est développée. L'extension à l'hélium: l'étude de la double ionisation directe à deux photons permet d'exhiber l'influence des corrélations électroniques dans l'état initial et dans l'état final. De nombreuses informations, comme les distributions angulaires et énergétiques mais aussi les sections efficaces sont accessibles.
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Beaulieu, Samuel. "Probing femtosecond and attosecond electronic and chiral dynamics : high-order harmonic generation, XUV free induction decay, photoelectron spectroscopy and Coulomb explosion." Thesis, Bordeaux, 2018. http://www.theses.fr/2018BORD0063/document.
Full textAbstract:
Ce manuscrit de thèse s'articule autour de l'étude de l'interaction entre des impulsions lumineuses ultra brèves et des atomes ainsi que des molécules polyatomiques et chirales en phase gazeuse. En utilisant des techniques développées en physique attoseconde ainsi qu'en femtochimie, notre objectif général est de parvenir à une meilleure compréhension des dynamiques ultrarapides photoinduites dans la matière. Pour ce faire, nous avons développé des sources de lumière à ultra brèves dans le proche infrarouge et l’infrarouge moyen, qui ont été utilisées pour construire une source de rayons X dans la fenêtre de l’eau, basée surla génération d'harmoniques d’ordre élevé (GHOE), ainsi que pour l’étude de nouveaux canaux de GHOE impliquant des états hautement excités (Rydberg). Cette dernière étude a démontré une émission harmonique via l'ionisation depuis des états de Rydberg et la recombinaison radiative sur l'état fondamental, attirant ainsi notre intérêt pour le rôle des états de Rydberg en physique des champs forts. Cela nous a conduit à étudier la décroissance libre de l’induction XUV de paquets d'ondes électroniques comme une nouvelle technique de spectroscopie 2D. De plus, nous avons découvert que l'interaction entre un laser intense et un atome préparé dans une superposition cohérente d'états électroniques peut conduire à la génération de lignes hyper-Raman concomitantes avec la GHOE standard. Ce mécanisme avait été prédit lors des premiers calculs théoriques de GHOE, mais n'avait jamais été démontré expérimentalement. Par la suite, nous nous sommes intéressé à l’étude de systèmes moléculaires, dans lesquelles une excitation électronique induite par la lumière peut déclencher des dynamiques nucléaires. Nous avons étudié la photo isomérisation non-adiabatique de l’acétylène cationique en vinylidène cationique ainsi que le contrôle cohérent de la localisation électronique lors de la photodissociation de H2+. La simplicité de ces systèmes moléculaires a permis la comparaison des résultats expérimentaux avec des calculs théoriques de pointe,révélant l'importance du couplage entre les degrés de liberté nucléaires et électroniques lors de dynamiques moléculaires photoinduites.Un autre pilier majeur de cette thèse est l'étude de l'ionisation de molécules chirales avec des impulsions chirales. On sait depuis les années 70 que l'ionisation d'un ensemble de molécules chirales aléatoirement orientées, en utilisant une impulsion polarisée circulairement, conduit à une forte asymétrie avant-arrière dans le nombre de photoélectrons émis, selon l'axe de propagation de la lumière (DichroismeCirculaire de Photoélectron, DCPE). Avant cette thèse, le DCPE a été largement étudié à l’aide du rayonnement synchrotron (ionisation à un photon) et a récemment été démontré avec des lasers femtoseconde, via des schémas d'ionisation multiphotonique. Dans cette thèse, nous avons montré que le DCPE est un effet universel, c'est-à-dire qu'il émerge dans tous les régimes d'ionisation: l'ionisation àun photon, l'ionisation à multiphonique, l'ionisation au-dessus du seuil ainsi que l’ionisation par effet tunnel. Ensuite, nous avons démontré que la combinaison d’approches standard de femtochimie et du DCPE peuvent être utilisées pour suivre des dynamique de molécules chirales photoexcitées. En utilisant des approches expérimentales similaires, avec des séquences d'impulsions ayant des états de polarisation contre-intuitifs, nous avons démontré un nouvel effet chiroptique, appelé Dichroïsme Circulaire de Photoexcitation (DCPX), qui est décrit par un courant électronique directionnel et chirosensible, lorsque plusieurs niveaux sont peuplés de manière cohérente avec de la lumière chirale. Enfin, nous avons introduit une perspective temporelle à la photoionisation chirale en mesurant l'asymétrie avant arrièredes retards de photoionisation dans les molécules chirales photoionisées par des impulsions lumineuses chiralesThis thesis manuscript is articulated around the investigation of the interaction between ultrashort light pulses and gas-phase atoms, polyatomic and chiral molecules. Using the toolboxes developed in attosecond and strong-field physics as well as in femtochemistry, our general goal is to reach a better understanding of subtle effects underlying ultrafast light-induced dynamics in matter.To do so, we developed cutting-edge near-infrared and mid-infrared few-cycle light sources, which were used to build a water-window soft-X-ray source based on high order harmonic generation (HHG), as well as to study new HHG channels involving highly-excited (Rydberg) states. The latter study revealed a delayed HHG emission from the ionization of Rydberg states and radiative recombination onto the electronicground state, triggering our interest in the role of Rydberg states in strong-field physics. This led us to investigate the laser-induced XUV Free Induced Decay from electronic wave packets as a new background-free 2D spectroscopic technique.More over, we have found out that strong-field interaction with a well prepared coherent superposition of electronic states led to the generation of hyper-Ramanlines concomitant with standard high-order harmonics. These spectral features were predicted in the early-days theoretical calculations of HHG but had never been reported experimentally.After these experiments in rare gas atoms, we moved to molecular targets, in whichlight-induced electronic excitation can trigger nuclear dynamics. Using simple benchmark molecules, we have studied dynamics involving the participation of both nuclear and electronic degrees of freedom: first, we studied the ultrafast non adiabatic photoisomerization of the acetylene cation into vinylidene cation, andsecond, we investigated the coherent control of electron localization during molecular photodissociation of H2+. The simplicity of these molecular targets enabled the comparison of the experimental results with state-of-the-art theoretical calculations,revealing the importance of the coupling between nuclear and electronic degrees of freedom in photoinduced molecular dynamics.The other major pillar of this thesis is the study of ionization of chiral molecules usingchiral light pulses. It has been known since the 70s that the ionization from an ensemble of randomly oriented chiral molecules, using circularly polarized light pulse,leads to a strong forward-backward asymmetry in the number of emitted photoelectrons, along the light propagation axis (Photoelectron Circular Dichroism,PECD). Prior to this thesis, PECD was widely studied at synchrotron facilities (single photonionization) and had recently been demonstrated using table-top lasers in resonant-enhanced multiphoton ionization schemes. In this thesis, we have shownthat PECD is a universal effect, i.e. that it emerges in all ionization regimes, from single photon ionization, to few-photon ionization, to above-threshold ionization, up to the tunneling ionization regime. This bridges the gap between chiral photoionizationand strong-field physics. Next, we have shown how the combination of standard femtochemistry approaches and PECD can be used to follow the dynamics of photoexcited chiral molecules using time-resolved PECD. Using similar experimental approaches, but by using pulse sequences with counter-intuitive polarization states,we have demonstrated a novel electric dipolar chiroptical effect, called Photoexcitation Circular Dichroism (PXCD), which emerges as a directional and chirosensitive electron current when multiple excited bound states of chiral molecules are coherently populated with chiral light. Last, we introduced a time-domain perspective on chiral photoionization by measuring the forward-backward asymmetry of photoionization delays in chiral molecules photoionized by chiral light pulses. Our work thus carried chiral-sensitive studies down to the femtosecond and attosecond ranges
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Hort, Ondřej. "High harmonic generation with high energy femtosecond pulses." Thesis, Bordeaux, 2014. http://www.theses.fr/2014BORD0097/document.
Full textAbstract:
Nous présentons nos travaux sur la génération d’harmoniques élevée (HHG) avec des impulsions térawatt femtosecondes. Nous avons effectué l’HHG avec les impulsions fondamentales de haute énergie et caractérisé l’émission de XUV spatialement et spectralement de manière monocoup et nous avons observé plusieurs structures dans le champ lointain. Ces structures sont très robustes et reproductibles et ont été observés dans de nombreux types de gaz et des géométries de génération. Sans caractérisation monocoup spatiale et spectrale les structures ne sont pas visibles. Nous avons développé des simulations simples pour identifier ces structures et nous avons pu observer des structures similaires. Nous les avons identifiés comme étant liées à la cohérence spatiale de la source XUV et la diffraction dans le champ lointain. Dans le champ proche, la phase et l’amplitude harmonique évoluent spatialement et temporellement et leurs profils sont fortement modulés. Ces profils modulés diffractent et créent des spectres structurés dans le champ lointain. Nous avons observé que la propagation dans un milieu générateur fin a peu d’influence sur les structures. Nous démontrons une mise en forme spatiale de l’impulsion fondamentale via l’optique adaptative et leur avantage pour HHG. Une optique adaptative nous permet d’avoir un faisceau à profil de phase régulier. Un tel faisceau est utilisé pour HHG avec un faisceau de grand diamètre et contrôle du faisceau XUV est démontrée. Nous avons développé une technique de post-compression de haute énergie, et nous avons obtenu des impulsionsde 10 fs et 10 mJ dans un profil quasi gaussien. La technique repose sur l’automodulation de phase induite par l’ionisation et est compatible avec des impulsions niveau TW de haute énergie. Nous avons effectué des HHG avec ces impulsions et obtenu des spectres XUV quasi continu avec des structures spatiales et spectrales. Nous avons effectué des simulations simples etdes simulations de SFA et nous avons observé des structures similaires même sans prendre en compte la propagation dans le milieuWe present our work on high harmonic generation with TW femtosecond pulses. We performed HHG with high energy femtosecond pulses and characterize the generated XUV emission spatially and spectrally at the single-shot basis and we observed many structures in spatially resolved XUV spectra in the far field. Those structures are very robust and reproducible and have been observed in many different gases and generation geometries. Without spatial and spectral characterization on the single-shot basis the structures are not visible. We developed simple simulations to identify those structures and we observed similar structures as experimentally. We identified them as a result of spatial coherence of the XUV source and the diffraction to the far field. In the near field, the harmonic amplitude and phase are spatially and temporally dependent and their profiles are strongly modulated. Such modulated profiles diffract to structured spatially resolved spectra in the far field. We observed that propagation of the XUV in the generating medium has little influence on the structures. We demonstrate spatial shaping of the driving pulses via adaptive optics and their advantage for HHG. An adaptive optics allows us to have the driving beam of regular spatial profile and phase even out of focus. Such a beam is used for HHG with a large diameter driving beam and control of the XUV beam is demonstrated. We developed a high energy TW post-compression technique and we obtained pulses of 10 fs and 10 mJ in a quasi-Gaussian spatial profile. The technique is based on ionization-inducedself-phase-modulation and is compatible with high energy TW level pulses. We performed HHG with such TW pulses and obtained XUV quasi-continuum spectra with spectral and spatial structures. We performed simple simulations and SFAsimulations and we observed similar structures even without considering the XUV propagation in the medium