Manuscrit de la thèse
Résumé :
La génération d’harmoniques d’ordre élevées dans les milieux condensés est un domaine émergent depuis sa première observation en 2011. La forte dépendance des harmoniques à la structure de bande cristalline et aux paramètres laser en fait une excellente observable des mécanismes fondamentaux de génération. De plus, la configuration compacte de la source combinée à la possibilité de structurer le milieu de génération en fait une source prometteuse de rayonnement extrême ultraviolet pour, par exemple, des applications de spectroscopie ou d’imagerie. Dans cette thèse, nous étudions trois caractéristiques de la génération d’harmoniques dans les cristaux. Premièrement, l’effet des changements de structure de bande induits par le dopage sur le processus d’émission. Les deux exemples de systèmes sont l’oxyde de magnésium dopé au chrome et le silicium implanté au gallium, pour lesquels le dopage conduit à une amélioration du rendement de génération. Ensuite, nous montrons qu’en utilisant une technique d’imagerie par diffraction cohérente, il est possible d’imager des nanostructures uniquement en se basant sur les harmoniques émises par la structure elle-même. Parce que la nanostructuration de surface émerge comme un moyen d’induire des propriétés complexes directement dans le faisceau harmonique, comme un moment angulaire orbital, cela ouvre la possibilité d’une caractérisation in-situ de ces structures. Enfin, le concept de porte de polarisation utilisé dans les gaz est adapté pour les solides en utilisant la forte réponse anisotrope des harmoniques. C’est utilisé pour façonner temporellement l’émission et permettre la génération d’impulsions attosecondes isolées.
Mots-clés : Génération d’harmoniques d’ordre élevé, Semi-conducteur, Imagerie par diffraction, Physique attoseconde, Optique non linéaire .
Spatio-temporal control of high harmonic generation in semiconductors for attosecond pulse emission
Abstract:
High order laser harmonic generation in condensed media has been an emerging field since its first observation in 2011. The strong dependency of the harmonics on the crystal band structure and laser parameters makes them an excellent observable of the fundamental mechanisms during strong field processes. Moreover, the compact configuration of this all solid-state source, combined with the possibility for structuring the generation medium, makes it a promising source of extreme ultraviolet radiation for e.g. spectroscopy or imaging applications. In this thesis three different aspects of high harmonic generation in crystals are investigated, all related to the spatio-temporal structure of the harmonics. First, doping, which induces changes of the band structure, and its effect on the emission process. The two example systems for this are chromium doped magnesium oxide and gallium implanted silicon, for which the doping leads to an enhancement of the harmonic yield. After, we show that by using a coherent diffraction imaging technique, it is possible to image silicon nanostructures solely based on the harmonics emitted by the structure itself. Because surface nanostructuring is emerging as a way of inducing complex properties directly into the harmonic beam, such as an orbital angular momentum, this opens up the possibility of in-situ characterization of these structures. Finally, the concept of polarization gating used in gases is adapted to solids by using the strong anisotropic harmonic response. This is used to temporally shape the emission and push towards isolated attosecond pulse generation.
Keywords: High harmonic generation, Semiconductors, Diffraction imaging, Attosecond physics, Nonlinear optics.
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