Domaine, spécialité : PHYSIQUE
Mots-Clés : attoseconde, génération d’harmoniques d’ordre élevé, peigne de fréquences, optique quantique
Unité d’accueil : LIDYL/ATTO
Résumé
Le projet ASAP propose d’explorer les propriétés quantiques de la lumière produite par génération d’harmoniques d’ordre élevé. Un peigne de fréquences optiques à haute puissance moyenne et à un taux de répétition de plusieurs dizaines de mégahertz sera développé dans le but de produire une source de lumière aux propriétés uniques dans le domaine de l’extrême ultraviolet.
Sujet détaillé
La physique attoseconde est à la pointe de la spectroscopie résolue en temps. En effet, elle exploite la sonde d’impulsion lumineuse la plus courte qui puisse être produite expérimentalement, grâce au processus de génération d’harmoniques d’ordre élevé (HHG). Une méthode standard pour déclencher le processus HHG consiste à soumettre un système atomique à un champ électromagnétique oscillant dont la force est comparable au potentiel de Coulomb liant les électrons au noyau. Cet effet optique non linéaire et nonperturbatif produit un rayonnement cohérent avec un spectre très large dans la gamme de fréquences de l’extrême ultraviolet (XUV), qui forme des impulsions attosecondes (10-18 s). Depuis sa découverte à la fin des années 1980, des efforts expérimentaux et théoriques continus ont été consacrés à la compréhension complète de ce phénomène complexe. Malgré l’immense succès de la science attoseconde, il n’y a toujours pas de consensus sur une description quantique du processus. Nous pensons qu’une telle description de la HHG ferait progresser notre compréhension de l’optique non linéaire et ouvrirait de nouvelles perspectives pour la science attoseconde.
Ces deux aspects sont apparemment incompatibles : l’étude des effets d’optique quantique nécessitent un régime de comptage de photons, tandis que la HHG nécessite un régime de champ fort. Pour contourner cette apparente contradiction, nous induirons la HHG dans une cavité, en utilisant une source à taux de répétition très élevé. Le principe est de superposer de façon cohérente les impulsions infrarouges circulant dans la cavité et de conserver le taux de répétition d’un oscillateur, de l’ordre de 50MHz (voir figure et [Pup]). La technique a récemment fait ses preuves en produisant la première spectroscopie nucléaire précise du thorium, ouvrant la voie au développement d’une horloge nucléaire [Zha]. Ce projet sera l’occasion de développer la première source CE-HHG en France. Une expérience de démonstration à basse énergie est déjà disponible dans notre laboratoire avec un oscillateur Ti:Sa.
Le stage sera l’occasion pour le candidat d’acquérir de solides compétences expérimentales dans de nombreux domaines de l’optique tels que les peignes de fréquence optique, la génération d’harmoniques d’ordre élevé, et l’optique quantique. Il intégrera un groupe très actif et aura l’occasion de visiter d’autres laboratoires renommés, en particulier le groupe de C. Heyl à DESY, Hambourg, qui collabore au projet.
Si possible, le candidat est encouragé à visiter notre laboratoire.
Lieu du stage
CEA-Saclay, France
Conditions de stage
- Durée du stage : 6 mois
- Niveau d’étude requis : Bac+5
- Formation : Master 2
- Poursuite possible en thèse : Oui
- Date limite de candidature : 7 octobre 2024
Compétences requises
Langue : Anglais
Références méthodes, techniques :
Extreme-ultraviolet frequency combs for precision metrology and attosecond science
Ioachim Pupeza, Chuankun Zhang, Maximilian Högner and Jun Ye, Nat. Phot. 15, 3 (2021)
Frequency ratio of the 229mTh nuclear isomeric transition and the 87Sr atomic clock,
Chuankun Zhang, Tian Ooi, Jacob S. Higgins, Jack F. Doyle, Lars von der Wense, Kjeld Beeks, Adrian Leitner, Georgy A. Kazakov, Peng Li, Peter G. Thirolf, Thorsten Schumm & Jun Ye, Nature 633, 63-70 (2024)
Liens utiles
Responsable du stage
David Bresteau
Tél. : +336 52 62 73 57
Email :