Laser-matter interaction
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Le LIDYL du CEA-Iramis et le Lawrence Berkeley National Lab, sont finalistes pour le prix Gordon Bell, prix décerné chaque année par l'Association for Computing Machinery - ACM, pour leurs recherches collaboratives, en partenariat avec le grand équipement national de calcul intensif - GENCI, le RIKEN, Center for Computational Science (Japon), et les sociétés ATOS et Arm. Le prix sera décerné en novembre 2022 lors de la prochaine conférence SuperComputing, à Dallas (USA). The LIDYL of CEA-Iramis together with the Lawrence Berkeley National Lab, are among the finalists for the Gordon Bell Prize, awarded each year by the Association for Computing Machinery - ACM, for their collaborative research, in partnership with the French National High-Performance Computing Facility - GENCI, the RIKEN Center for Computational Science (Japan) and the ATOS and Arm companies. The prize will be awarded in November 2022 at the next SuperComputing conference in Dallas (USA). |
| Les chercheurs d'une collaboration entre le Laboratoire d'Optique Appliquée (LOA, ENSTA-X-CNRS) à Palaiseau et l'équipe "Physique à haute intensité" de l'IRAMIS/LIDYL sont parvenus pour la première fois à accélérer des électrons par laser dans le vide (Vacuum Laser Acceleration - VLA) jusqu'à des énergies relativistes en utilisant un champ électrique longitudinal. Pour parvenir à ce résultat, la polarisation linéaire habituellement utilisée dans les expériences a été convertie en polarisation radiale, qui possède une structure idéale pour l'accélération par laser dans le vide et permet d'obtenir des faisceaux d'électrons mieux collimatés. Ces expériences, combinées à des simulations de pointe en trois dimensions, ont permis une compréhension fine des mécanismes physiques en jeu et des optimisations à réaliser lors des futures expériences. Ces résultats montrent que l'accélération par laser dans le vide est une voie prometteuse pour générer de façon compacte des faisceaux d'électrons relativistes de très bonne qualité et de durée femtoseconde. |
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Les vortex optiques sont des faisceaux de lumière à plan d’onde hélicoïdaux porteurs de moment angulaire orbital (OAM), comme le montre leur capacité à induire un mouvement de rotation de la matière. De par leurs propriétés étonnantes (phase en spirale et intensité distribuée en anneau), ces faisceaux ont d’ores et déjà ouvert la voie à de nouvelles applications (spectroscopie, microscopie, manipulations optiques…) dans les domaines du visible et de l’infrarouge, que l'on cherche naturellement à étendre dans le domaine X-UV. Les lasers possédant de l'OAM suscitent un intérêt croissant dans la communauté des faisceaux laser ultra-hautes intensités (UHI), puisqu'ils offrent de nouveaux moyens de contrôle des interactions avec la matière : le transfert d'OAM à un plasma modifie profondément la physique des interactions lumière-matière et apporte de nouvelles possibilités sur les deux grandes applications des faisceaux UHI : la production de rayonnement harmonique XUV et la production de faisceaux ultrabrefs de particules de haute énergie. Dans ce domaine, si un grand nombre d'études théoriques ont été réalisées sur le sujet, aucune expérience n'avait encore démontré ces effets pour les très hautes intensités (I > 1016 W/cm2), étant donné la difficulté de produire un faisceau laser large et intense avec un front d'onde hélicoïdal. Une équipe de recherche du LIDYL vient de montrer, sur l’installation laser UHI100, qu’il est possible de générer des impulsions lasers porteuses de moment angulaire orbital et de transférer ce moment à un faisceau d’harmoniques générées sur miroir plasma pour des intensités supérieures à 1019 W/cm². Ces travaux font l’objet de deux publications dans Physical Review Letters [1] et Nature Physics [2]. |
Les sources d’électrons pulsées représentent une alternative intéressante aux sources de photons X pulsées basées sur des systèmes laser de haute intensité.
Nous décrirons les méthodes actuelles de génération de paquets d’électrons ainsi que les techniques de caractérisation des paquets. Les résolutions temporelles et spatiales ultimes qu’il est possible d’atteindre à ce jour seront discutées. Nous exposerons les résultats obtenus lors de notre dernière campagne de mesure sur le serveur ELYSE de l’Université Paris-Sud en 2014, en collaboration avec une équipe de l’ISMO et la start-up ITEOX. Finalement, quelques applications seront mises en perspective.
Coherent diffractive imaging is a recent imaging technique that offers spatial resolutions of the order of the wavelength, thanks to the fact that it does not require any potentially aberrating optical elements. We recently demonstrated sub 100-nm resolution using XUV radiation created by infrared laser high order harmonic generation (HHG). However, the resolution is usually limited by the source spectral width. We propose a new lensless holographic imaging scheme that gives the ability to exploit the spectral and temporal properties of HHG emission. Through a clever positioning of the holographic reference, we demonstrate the possibility either to combine the spatial and spectral resolutions in a single laser pulse, or to achieve nanometer spatial or sub-femtosecond temporal resolutions.
Due to their considerable energy, extreme ultraviolet photons ionize all molecules, regardless of the details of their energy structure. For this reason ultrashort light pulses in this spectral range are second to none to probe photochemical processes. In particular they give access to information on the reaction intermediates, which are ephemeral structures whose spectroscopic properties are usually out of reach. Through a collaboration between the Laboratory interactions, dynamic and lasers - LIDyL (CEA), the intense laser center for applications - CELIA (CNRS / CEA / Univ Bordeaux.), The SOLEIL synchrotron, and the Laboratory collisions, aggregates, reactivity - LCAR (CNRS / Univ. Toulouse 3) we have developed a new laboratory scale source that delivers bright coherent ultrashort and quasi-circularly polarized pulses in the extreme ultraviolet. For this, we used resonant high order harmonic generation in a gas submitted to an intense laser pulse. Today, such a circularly polarized light is produced in this range of radiation by just a few large scale facilities such as synchrotrons and, with the notable exception of a few free electron lasers, only quasi-continuously. Specific polarization properties of this new source presage pump probe studies of processes occurring in chiral molecules, that is to say molecules that are not their own mirror image. The ubiquitous role of these molecules in organic chemistry and biology suggests many applications.
http://www.nature.com/nphoton/journal/v9/n2/full/nphoton.2014.314.html
We report on a 400 nm broad-band type I frequency doubling in a non-collinear geometry with pulse front tilted and chirped femtosecond pulses (l0 = 800 nm, FTL pulse duration ~ 45 fs). With moderate power densities (2 to 10 GW/cm2) thus avoiding higher-order nonlinear phenomena, the energy conversion efficiency was up to 65%. Second-harmonic pulses of Fourier transform limited pulse duration shorter than the fundamental wave were generated, exhibiting a good beam quality and no pulse-front tilt. High energy (20 mJ/pulse) was produced in a 40 mm diameter and 6 mm thick LBO crystal. To the best of our knowledge, this is the first demonstration of this optical configuration with sub 100 fs pulses. A good agreement between experimental results and simulations is obtained.
A major challenge for the study of laser-matter interactions at ultrahigh intensity is to find simple methods both to control these interactions, and to characterize them on very small spatial scales (micron) and temporal (femtosecond to attosecond). In this context, I will show how, through a very simple shaping of a femtosecond laser beam of high power, one can generate 'plasmas gratings' resistant to ultraintenses laser pulses, at the surface of initially flat targets (glass plate). Using a diffractive imaging technique called 'ptychography', these transient plasma gratings can then be used as diffracting objects to reconstruct spatially, in amplitude and in phase, the harmonic field En (x) generated at the surface of the target. These results have widely exceeded our original goals, and I will put some emphasis on the unexpected path which led us there.
Optically Controlled Solid-Density Transient Plasma Gratings, Phys. Rev. Lett. 112, 145008 – Published 11 April 2014, S. Monchocé, S. Kahaly, A. Leblanc, L. Videau, P. Combis, F. Réau, D. Garzella, P. D’Oliveira, Ph. Martin, and F. Quéré, DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.145008
Contact CEA : Fabien QUERE
