Physique à Haute Intensité / High intensity Physics

Responsable du groupe PHI :

Sandrine DOBOSZ DUFRENOY

Merci de consulter le nouveau site PHI

Aujourd'hui capable de produire des impulsions lasers de quelques cycles optiques, à la fois sans piedestal et extrêmement intenses (> 1021 W/cm2), le domaine de l'optique a franchi des ordres de grandeur - en moins de 15 ans - en passant des énergies de quelques eV's au domaine du GeV. Compte tenu des progrès constants et spectaculaires accomplis dans les laboratoires chaque année, il est tout à fait envisageable que le régime du TeV soit atteint, dans un proche avenir.

Dans ce contexte, la compréhension du caractère ultra-relativiste de l'interaction entre la lumière et la matière est une question d'un intérêt scientifique considérable qui doit mener à la réalisation d'applications spectaculaires.

Le groupe de Physique à Haute Intensité (PHI) s'est lancé dans ce domaine en très forte croissance en privilégiant deux aspects complémentaires : l'utilisation des radiations produites pour mieux comprendre la physique de l'interaction et l'utilisation de ces sources de rayonnement aux propriétés hors du commun pour développer des applications originales.

En effet, les propriétés uniques de ces sources produites par laser résident dans leur variété (électrons, ions de différentes espèces et charges, photons, neutrons, ...), leur durée ultra-brève (quelques picosecondes ou moins) et leur brillance. Ces sources de lumière ou de particules ultra-compactes présentent un intérèt grandissant dans de nombreux domaines aussi variés que la médecine (protonthérapie, radiotherapie , imagerie, diagnostiques ..), la chimie (radiolyse, étude de surface, réactions chimiques, catalyse, structure moléculaire...), la physique (diagnostiques pour la physique des plasmas, détecteurs, etc...), la science des matériaux (radiographie, diffraction électronique et de photons) ou encore le domaine de la sureté (contrôle de colis, frontière ...).

Ainsi, en étroite collaboration avec de nombreuses équipes du plateau de Saclay (LULI, LOA, LPGP, CPhT), de Bordeaux (CELIA, CESTA) et internationales (INFN Pise, RAL,...) et en relation directe avec les futures installations lasers (APOLLON, LUIRE, ELI, GEMINI,...), nous participons au développement de cette nouvelle et excitante branche de la physique.

      

Head of the group PHI :

Sandrine DOBOSZ DUFRENOY

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With the possibility of producing pedestal-free, few optical cycle laser pulses of extreme intensity laser intensities (> 1021 W/cm2 ), the field of optics, has abruptly moved - in less than 15 years - from a few eV's to the present MeV-GeV. It is foreseeable that, in the near future, the TeV regime will be reached.

The understanding of the ultra-relativistic character of the interaction between light and matter is a considerable scientific challenge and led to novel spectacularly applications.

The PHI group is thrown is this ultra-fast growing field through two complementary aspects: constructing some basis for this new physics (in using laser-produced radiation to diagnose the interaction) and promoting the applications (in using laser-produced radiation as external sources).

The unique properties of laser-generated beams include their variety (electrons, ions, photons, neutron,...), their short duration -as short as a few femtoseconds- and their high peak brightness, which could lend themselves to applications as compact light and particle sources in many fields, including medicine (therapy, imaging, diagnostics, drug development etc), chemistry (radiolysis, surface studies, chemical reactions, catalysis, molecular structure), physics (plasma physics diagnostics, detectors etc) and material science (radiography, electron and photon diffraction), security (material inspection, border control, etc).

In close collaboration with many teams from the "Plateau de Saclay" (LULI, LOA, LPGP, CpTh), from Bordeaux (CELIA, CESTA) and new sources under development (APOLLON, LUIRE, ELI, GEMINI,...), this dual enriching strategy will be pursued and amplified.

 
#1255 - Màj : 22/06/2022
Thèmes de recherche

Interaction laser-matière en champ fort

 La thématique "Interaction laser-matière en champ fort" associe trois groupes de recherche du LIDyL : Attophysique Le groupe ATTO étudie la production par génération d'harmoniques d'ordre élevé dans un gaz d'impulsions de lumière dans l'extrême UV (10-100nm), de durée ultra-brève, typiquement une centaine d'attosecondes (1as=10-18s).......

Interaction laser-matière en champ fort
Voir aussi
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fs pulse tunability : Regular fs laser provides possibly tunable photons only whithin the broadband of the cristal used, to the detriment of the pulse duration. Femtochemistry requires photon excitation on the absorption band of the studied system. The challange is also to tune the wavelenght of the pump photon, keeping the feature of the laser in term of pulse duration and with a resonable energy.
Faits marquants scientifiques
18 août 2022
En utilisant les impulsions lumineuses ultracourtes du laser à électrons libres FERMI à Trieste (Italie), une large collaboration de physiciens à laquelle participe une équipe du LIDYL, a pu étudier pour la première fois dans le domaine de l'ultraviolet extrême (UVX), l’interaction cohérente entre atomes et photons, phénomène quantique prédit théoriquement par Rabi, dès 1937.
07 juillet 2022
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.
26 janvier 2022
L'exploration des propriétés du vide, aujourd'hui décrites par l’électrodynamique quantique (QED), reste un des objectifs de la physique fondamentale contemporaine. Il est en particulier prédit que pour un éclairement laser au-delà de la limite de Schwinger (> 4.7x1029 W/cm2), il est possible de séparer les paires électron-trou virtuelles résultant des fluctuations du vide.
26 janvier 2022
Depuis des siècles, les physiciens s’interrogent sur la nature du vide, c’est à dire sur ce qu’il reste, quand on a tout enlevé…Une manière d’envisager ce problème est de tenter d'ouvrir le vide, un peu comme un objet dont on a envie de comprendre le fonctionnement.
27 mars 2021
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.
06 septembre 2019
Une collaboration entre les équipes du LIDYL au CEA Saclay et de l'ATP du Lawrence Berkeley National Lab (LBNL) vient d'élucider les mécanismes d’absorption d’un faisceau laser ultra-intense, lors de sa réflexion sur un plasma dense formé à la surface d’une cible solide. Ces mécanismes, jusqu’alors non identifiés pour des intensités lasers > 1018 W.
10 janvier 2019
L’avènement des lasers femtosecondes (1fs = 10-18s) de puissance avec la technique "Chirped Pulse Amplification" (CPA) [1] permet aujourd’hui de délivrer des intensités lumineuses gigantesques (> 1021 W.cm-2) associées à des champs électriques ultra-intenses de l’ordre de 1013 V.m-1.
27 mars 2018
Fort de l'expérience développées ces dernières années en simulation de la tranmission d'impulsions lumineuses ultra-courtes à travers des systèmes optiques simples ou relativement complexes, l'équipe PHI du Lidyl propose une méthode pour modifier à volonté et de façon conséquente la vitesse de propagation du maximum d'intensité d'une impulsion lumineuse, cette vitesse pouvant même devenir négative ! Le dispositif proposé est simple et consiste à jouer sur le large domaine spectral que présente une impulsion courte (femtoseconde : 10-15 s) et le chromatisme du dispositif.
17 avril 2017
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.
18 juillet 2016
Une équipe du CEA Lidyl a réussi à mesurer pour la première fois la structure spatio-temporelle complète d’une impulsion laser de très haute puissance.
14 décembre 2015
Deux équipes du CEA LIDYL et du Laboratoire d'Optique Appliquée (LOA) ont réussi à mettre en évidence pour la première fois l'accélération d'électrons "dans le vide", par un faisceau laser intense.
03 octobre 2015
Les plasmons sont des oscillations collectives électroniques qui peuvent être excitées avec des photons le long d'une interface, par exemple entre une surface solide et le vide. L'onde électromagnétique et les charges oscillent à la même fréquence, mais leurs longueurs d'onde sont différentes.
20 mai 2014
Un enjeu majeur pour l'étude des interactions laser-matière à ultrahaute intensité est de trouver des méthodes simples pour à la fois contrôler ces interactions, et les caractériser à de très petites échelles spatiales (micron) et temporelles (attoseconde à femtoseconde).
08 février 2014
Les recherches sur l’interaction laser-matière à très haute intensité ont deux motivations principales : la compréhension, dans ce régime extrême, de l’interaction fortement non-linéaire entre lumière et matière et l'exploration de ses applications potentielles.
14 octobre 2013
L'interaction d'une impulsion laser intense avec une surface solide fait violemment osciller le cortège électronique, entrainant l'émission de protons. C'est une méthode pour obtenir une source de protons de haute énergie pour de nombreuses applications (imagerie et proton thérapie par exemple).
26 novembre 2012
La dynamique des électrons au sein des atomes et des molécules est extrêmement rapide, typiquement de l'ordre de la centaine d'attosecondes (1 as=10-18 s).
25 septembre 2008
 Highlight in Physicsworld.com (2008 September, 19th) Researchers from Italy, France and Germany have shown that a tabletop laser can be used to accelerate a beam of electrons suitable for use in radiotherapy. The group, led by Antonio Giulietti of the Institute for Physical Chemistry Processes in Pisa, believes that such laser-based particle acceleration could considerably reduce the size and simplify the operation of radiotherapy facilities.
20 septembre 2006
Fabien Quere et le Groupe Physique à Haute Intensité (PHI) - DRECAM – Service de Physique des Atomes et des Molécules (SPAM)
Que se passe t-il lorsqu'un miroir (morceau de verre) est soumis à des impulsions ultra-brèves et ultra-intenses, telles que ses électrons oscillent à des vitesses proches de la vitesse de la lumière ? Ces conditions peuvent être obtenues lors de la seconde réflexion d'une impulsion laser sur un miroir plasma.
19 mai 2003
Gilles Doumy & le groupe PHI, CEA Saclay, DSM/DRECAM/Service de Physique des Atomes et des Molécules (SPAM)
Les impulsions laser ultra-brèves, d'une durée de quelques dizaines de femtosecondes (1 fs = 10-15 s), permettent d'obtenir des puissances considérables avec une énergie par impulsion relativement modeste.
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Thèses
1 sujet /LIDYL/PHI

Dernière mise à jour :


 

Optimisation d'une source de lumière extrême pour l'étude des états plasma dominés par la QED et pour poursuivre des applications technologiques

SL-DRF-23-0387

Domaine de recherche : Interactions rayonnement-matière
Laboratoire d'accueil :

Service Laboratoire Interactions, Dynamique et Lasers (LIDyL)

Physique à Haute Intensité (PHI)

Saclay

Contact :

Henri VINCENTI

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2023

Contact :

Henri VINCENTI
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/PHI

0169080376

Directeur de thèse :

Henri VINCENTI
CEA - DRF/IRAMIS/LIDyL/PHI

0169080376

Page perso : https://iramis.cea.fr/Pisp/henri.vincenti/

Labo : https://iramis.cea.fr/LIDYL/PHI/

Voir aussi : https://ecp-warpx.github.io/

Les lasers femtosecondes sont aujourd’hui les sources de lumière les plus intenses sur Terre, avec une puissance qui peut atteindre celle du rayonnement solaire sur une surface grande comme l'Australie mais qui peut être focalisée sur des taches ayant le diamètre d'un cheveu. Ces sources de radiation extrêmes sont un outil précieux pour l’étude de la matière dans des conditions exotiques, mais aussi comme "driver" de sources secondaires de particules ou de lumière compactes et ultra-brèves.



Malgré ces propriétés exceptionnelles, les lasers femtosecondes n'ont toujours pas l’intensité requise pour explorer de nouveaux régimes fondamentaux où l'interaction laser-matière ou laser-vide quantique devient dominée par des effets d'électrodynamique quantique (QED) en champ fort. Ces régimes QED se retrouvent par exemple autour de certains objets astrophysiques comme les trous noirs et les étoiles de neutrons. En outre, les lasers femtosecondes ont typiquement une longueur d’onde de ~ 1 micromètre et certaines applications d’intérêt technologique (e.g., la gravure de semiconducteurs) requièrent des longueurs d’onde bien plus petites, de l’ordre de la dizaine de nanomètres.



Pour manipuler les propriétés des lasers femtosecondes et franchir ces barrières, nous étudions des dispositifs optiques appelés “miroirs plasmas relativistes”, qui peuvent convertir une impulsion laser en rayonnement X-UV, tout en augmentant considérablement son intensité ("booster") par effet Doppler.



Ce projet de thèse multi-disciplinaire concerne l’optimisation du système physique 'miroir plasma' dans le but d'améliorer les propriétés des faisceaux lasers boostés et de permettre l'utilisation de ces lasers boostés pour les applications susmentionnées.



L’activité s'appuiera sur des simulations numériques de type Particle-In-Cell avec le code open-source ‘WarpX’ sur les derniers superordinateurs de classe exascale pour déterminer les paramètres optimaux pour la génération de faisceaux boostés. Une activité auxiliaire de développement du code est envisagée pour supporter les campagnes de simulation. Les simulations seront essentielles pour guider des expériences qui seront réalisées sur notre installation laser de classe 100 TW , UHI100, au contraste temporel maîtrisé, élément essentiel à la réalisation de ce type d’expériences puis ensuite  sur laser de classe PW (e.g. Apollon à l’École Polytechnique ou d’autres installations à l’international).



Le(a) doctorant(e) aura l'opportunité de participer aux activités d'une équipe dynamique avec de fortes collaborations nationales et internationales. Il/elle acquerra également les compétences nécessaires pour participer à des expériences d'interaction laser-plasma dans des installations d'envergure internationale. Enfin, il/elle acquerra les compétences nécessaires pour participer au développement d'un logiciel complexe écrit en C++ moderne et conçu pour utiliser efficacement les superordinateurs plus puissants au monde. L’activité de développement sera realisé en collaboration avec l’équipe guidée par le Dr. J.-L. Vay à LBNL (US).



Bibliographie:

> A.Myers et al. “Porting WarpX to GPU-accelerated platforms” Parallel Computing, 108, 102833, 2021

> L.Fedeli et al. “Probing Strong-Field QED with Doppler-Boosted Petawatt-Class Lasers” Phys. Rev. Lett. 127, 114801, 2020

> H.Vincenti “Achieving Extreme Light Intensities using Optically Curved Relativistic Plasma Mirrors” Phys. Rev. Lett. 123, 105001, 2019

> H Vincenti et a. “Optical properties of relativistic plasma mirrors” Nat. Comm. 5 : 3403, 2014
Stages
Images
Accélérer des électrons à haute énergie avec des impulsions de lumière laser
Accélérer des électrons à haute énergie avec des impulsions de lumière laser
Accélérer des électrons à haute énergie avec des impulsions de lumière laser
SLIC Lasers help to slim down radiotherapy equipment
SLIC Lasers help to slim down radiotherapy equipment
Miroir Plasma : le miroir qui nettoie vos impulsions femtosecondes
Miroir Plasma : le miroir qui nettoie vos impulsions femtosecondes
Miroir Plasma : le miroir qui nettoie vos impulsions femtosecondes
Les miroirs plasmas : de la physique des conditions extrêmes aux nouvelles sources de lumières
Les miroirs plasmas : de la physique des conditions extrêmes aux nouvelles sources de lumières
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Interaction laser-matière en champ fort
Génération d\'impulsions uniques ultra-brèves : \
Génération d\'impulsions uniques ultra-brèves : \
Génération d\'impulsions uniques ultra-brèves : \
Génération d\'impulsions uniques ultra-brèves : \
Membres du groupe PHI
L\'efficacité d\'un bon réseau, même transitoire, pour renforcer le couplage impulsion laser-plasma
L\'efficacité d\'un bon réseau, même transitoire, pour renforcer le couplage impulsion laser-plasma
L\'efficacité d\'un bon réseau, même transitoire, pour renforcer le couplage impulsion laser-plasma
Surface structurée et impulsion laser femtoseconde, pour une émission de protons de haute énergie
Surface structurée et impulsion laser femtoseconde, pour une émission de protons de haute énergie
Surface structurée et impulsion laser femtoseconde, pour une émission de protons de haute énergie
Ptychographie sur réseaux plasmas transitoires
Brevet :  Dispositif et procédé de caractérisation d\'un faisceau de lumière.
Brevet : Procédé de structuration spatiale controlée optiquement d\'un plasma sur une cible solide
Première mesure de la structure spatio-temporelle  complète d\'un faisceau laser ultra intense
Première mesure de la structure spatio-temporelle  complète d\'un faisceau laser ultra intense
Première mesure de la structure spatio-temporelle  complète d\'un faisceau laser ultra intense
Le surf des électrons sur une onde de surface
Le surf des électrons sur une onde de surface
Le surf des électrons sur une onde de surface
Le surf des électrons sur une onde de surface
Vortex optiques à ultra-haute intensité et dans le domaine XUV
Vortex optiques à ultra-haute intensité et dans le domaine XUV
Vortex optiques à ultra-haute intensité et dans le domaine XUV
Vortex optiques à ultra-haute intensité et dans le domaine XUV
Génération  d\'impulsions lumineuse de vitesse arbitraire et contrôlée
fs pulse tunability
 Code de calcul massivement parallèle pour une simulation ab-initio de l’interaction laser-matière à ultra-haute intensité : atteindre une compression de 1025 W.cm-2
Physique à Haute Intensité / High intensity Physics
Brevet : Procédé et système de contrôle de la vitesse de propagation d\'une impulsion laser
Brevet : Procédé de caractérisation spatio-spectrale d\'une source laser impulsionnelle polychromatique
Dynamique chaotique de l\'interaction entre une impulsion laser ultra-intense et un plasma dense
Accélération efficace d’électrons dans le vide avec un champ laser longitudinal
Caractérisation spatio-temporelle d\'impulsions attosecondes de très haute intensité
Miroir plasma : un pas supplémentaire pour approcher la limite de Schwinger et sonder le vide
Les chercheurs du LIDYL parmi les finalistes au Gordon Bell prize / LIDYL scientists among the finalists for the Gordon Bell prize
Un atome bien \

 

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