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Univ. Paris-Saclay
Interféromètre imageur dans l'XUV
Interféromètre imageur dans l'XUV

Schéma de principe

Interféromètre imageur à 32nm à conversion de fréquence interne


L'interférométrie permet l'accès à l'information de densité électronique en 2D. Pour caractériser la densité électronique de plasmas denses, nous avons mis  au point, en collaboration avec le groupe Attophysique et le LCF-Institut d'Optique, un appareil innovant utilisant la cohérence mutuelle de deux sources XUV  d'harmoniques d'ordre élevé générées dans un jet de gaz. L'interférométrie, dans le domaine XUV, présente des grandes difficultés liées à la manipulation des faisceaux XUV.
Pour relâcher les contraintes dans ce domaine, nous avons proposé un schéma novateur dans lequel une grande partie du dispositif optique est dans l'IR. Le principe de cet interféromètre est reporté sur la figure ci-dessous.

 
Interféromètre imageur dans l'XUV

Haut : Interférogramme à 32nm. Bas : Profil le long de AB

 

Un faisceau IR est focalisé dans deux jets d'argon, après avoir été divisé en 2. Les deux sources XUV générées par conversion de fréquence dans les deux jets forment les deux bras de l'interféromètre. Le premier est le bras « référence » et le deuxième, sur lequel on place l'objet à sonder, est le bras « sonde ». Les deux faisceaux XUV sont recombinés à l'aide d'un prisme, dans une géométrie triangulaire. Ils sont ensuite réfléchis par un miroir plan vers un miroir ellipsoidal. Sur cette optique extrêmement délicate à réaliser, un dépôt multicouche permet la sélection de l'H25, correspondant à λ=32nm. Ce miroir ellipsoidal permet, en plus de la sélection spectrale, d'imager l'interférogramme dans le plan virtuel « objet », jusque dans le plan « image » avec un grandissement de 10. Un deuxième miroir revêtu d'un traitement permet de ne conserver que l'H25 et repli les faisceaux vers le détecteur composé de galettes de microcanaux couplées à un écran phosphore.


Ce dispositif exploite les propriétés de brillance, de brièveté et de cohérence mutuelle des sources harmoniques en gaz. La résolution spatiale du dispositif est de 5µm dans le plan « objet ». La géométrie triangulaire permet de sonder des objets de quelques centaines de µm2, correspondant au champ interférométrique disponible.
Un interférogramme typique est reporté sur la figure ci-dessous. Il a été enregistré à 32nm et l'interfrange mesuré est de 12µm. Le contraste maximum obtenu est de l'ordre de 30%.

 
Interféromètre imageur dans l'XUV

Interférogramme enregistré 1.1ns après la crétation du plasma sur cible d'Al

 

Le dispositif a été mis en œuvre sur l'installation laser LUCA (CEA-Saclay / SLIC) et testé sur un plasma d'aluminium. La cible irradiée par un faisceau laser focalisé à 3x1016W/cm2 a été placé sur le bras « sonde », dans le plan objet de l'interféromètre, c'est-à-dire à 10cm du jet de gaz servant à générer les HHG. Une ligne à retard entre le faisceau de création du plasma et les faisceaux HHG permet de suivre l'évolution  temporelle du plasma.
Sur la figure ci-dessous, une carte de densité extraite d'un interférogramme, enregistré 1.1ns après la formation du plasma, est présentée. La densité électronique maximale mesurée ici est 3x1020cm-3.

 

 

Nous avons démontré la validité des hypothèses formulées pour construire cet interféromètre, et en particulier, la robustesse des propriétés de cohérence mutuelle des sources harmoniques d'ordre élevé séparées spatialement de 20cm. Les interférogrammes à 32nm sont obtenus en routine sur une installation laser fonctionnant à une cadence de 20Hz. Le champ interférométrique est de 100µmx200µm2 dans le plan objet avec un contraste maximum de 30%. Sa résolution spatiale ultime est de 5µm, et la résolution temporelle, donnée par la durée de l'impulsion XUV, est de quelques dizaines de fs. L'ensemble est très compacte, permettant de la transporter sur différentes installations.   

 

S. Dobosz et al., RSI (2009) 80 , 113102

 

Maj : 11/10/2018 (1247)

 

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