Des scientifiques du LOA (Laboratoire d’Optique Appliquée) en France ont réussi pour la première fois à piloter à mille coups par seconde un soi-disant miroir à plasma en régime relativiste (c’est-à-dire avec un champ laser si puissant qu’il propulse le plasma-électrons dans les deux sens presque à la vitesse de la lumière.
Lorsqu’une impulsion laser intense ionise la surface d’une cible solide, elle crée un plasma si dense qu’il est impénétrable au laser, même si la cible était initialement transparente. Le laser est maintenant réfléchi par ce « miroir à plasma ». Dans le régime relativiste, la surface du miroir n’est plus simplement immobile, mais est amenée à osciller si rapidement que, grâce à un processus appelé génération relativiste de haute harmonique de surface (SHHG), elle comprime temporairement les cycles de champ électromagnétique du laser.
Cela concentre davantage l’énergie laser dans le temps et fait des miroirs à plasma une voie prometteuse pour la génération d’impulsions laser toujours plus intenses et plus courtes.
Leur utilisation et leur contrôle précis imposent cependant des exigences extrêmement élevées au laser d’entraînement, telles qu’une qualité d’impulsion spatio-temporelle et un contraste temporel irréprochables, ainsi qu’une énorme puissance de crête de térawatts. Cela n’avait été réalisé que dans des expériences à un seul coup réalisées avec des lasers beaucoup plus gros qui fonctionnent à un taux de répétition ≤ 10 Hz.
L’équipe autour de Stefan Haessler et Rodrigo Lopez-Martens rapporte maintenant des preuves d’un SHHG relativiste entraîné à un taux de répétition en kilohertz. Simultanément à l’émission SHHG, un faisceau corrélé d’électrons relativistes est observé. Il s’agit d’une étape majeure des expériences exploratoires jusqu’ici à quelques tirs vers une source secondaire de rayonnement et de particules utilisable pour les applications.
Un élément clé de ce progrès est le laser térawatt à taux de répétition kilohertz développé en interne, fournissant des durées d’impulsion jusqu’à 10. L’autre est la plate-forme d’interaction laser-plasma qui est adaptée au taux de répétition élevé et permet un contrôle précis des conditions d’interaction. .
Ceci est réalisé notamment par une impulsion laser préalable qui initie la création et l’expansion du plasma. La variation du délai après lequel l’impulsion d’entraînement principale suivante est déclenchée permet aux chercheurs de contrôler le gradient de densité nanométrique sur la surface du miroir à plasma. Pour la première fois, l’effet de ce gradient a été étudié en détail pour trois impulsions motrices de plus en plus courtes et intenses.
Dans une prochaine étape, les scientifiques prévoient de refocaliser le rayonnement réfléchi par le miroir à plasma et d’atteindre des intensités lumineuses record pour des impulsions lumineuses plus courtes qu’une femtoseconde.
Les résultats sont publiés dans la revue Science ultrarapide.
Plus d’information:
Stefan Haessler et al, Génération d’harmoniques élevées et émission d’électrons corrélée à partir de miroirs à plasma relativistes à un taux de répétition de 1 kHz, Science ultrarapide (2022). DOI : 10.34133/2022/9893418
Fourni par Ultrafast Science