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Multi-Color Sculpted Light Waves for HHG Control

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Contrôler la forme des impulsions laser intenses

Des scientifiques financés par l'UE ont amélioré le contrôle de l'interaction laser-matière dans le régime à champs forts, en modelant la forme des ondes de lumière.

Technologies industrielles

La physique moderne par laser s'appuie sur l'ionisation d'atomes et de molécules à l'aide de lasers puissants, à champ fort. Les électrons expulsés de l'atome par cette ionisation reviennent sur lui environ 1 femtoseconde plus tard. Le projet MUSCULAR («Multi-color sculpted light waves for HHG control»), financé par l'UE, a obtenu un contrôle révolutionnaire de la trajectoire de ces électrons via un laser émettant certaines formes d'ondes. Le projet MUSCULAR a cherché à réaliser un synthétiseur de formes d'ondes à plusieurs couleurs, assez puissant pour déclencher la génération d'harmoniques d'ordre élevé. Le but était d'accompagner cette génération d'harmoniques d'ordre élevée par des composantes de fréquence inférieure. Grâce à une amplification paramétrique optique, ces composantes ont été générées avec un bon rendement, dans la gamme des infrarouges. Pour générer des formes d'ondes stables à plusieurs couleurs, il fallait que la transposition vers le bas des harmoniques optiques survienne avec un retard fixe par rapport à la fréquence fondamentale. Pour cela, les scientifiques ont dû verrouiller l'enveloppe de l'impulsion de l'onde fondamentale (la phase de l'enveloppe de la porteuse). L'équipe du projet a utilisé le synthétiseur d'ondes mis au point pour optimiser les trajectoires quantiques des électrons durant la génération d'harmoniques d'ordre élevé. Comme les ondes sinusoïdales ne transfèrent pas efficacement leur énergie aux électrons accélérés, les scientifiques ont utilisé «l'onde parfaite pour générer des harmoniques d'ordre élevé». Les chercheurs de MUSCULAR ont augmenté l'énergie d'un laser ytterbium du commerce pour réaliser la première preuve de concept expérimentale avec des formes d'ondes de trois couleurs. Ils ont aussi intégré le verrouillage de phase de l'enveloppe de la porteuse dans la chaîne d'amplification laser. Le système d'amplification paramétrique optique a reçu une lumière blanche continue pour générer les trois composantes de couleur de fréquence inférieure et verrouillées en phase, formant ainsi la base du synthétiseur. Les chercheurs ont associé les composants dans un interféromètre avec une stabilité de sous-cycle, générant une forme d'onde à plusieurs couleurs, assez puissante pour piloter la génération d'harmoniques d'ordre élevé. L'amélioration de la génération d'harmoniques d'ordre élevé est un nouvel exemple des nombreuses utilisations possibles de la mise en forme sophistiquée des cycles optiques. La technique mise au point par MUSCULAR pourrait être appliquée à d'autres régimes d'interaction entre la lumière et la matière. Citons ainsi les électrons Brunel dont les trajectoires contrôlées par des champs peuvent engendrer des émissions dans la gamme des térahertz, le chauffage de plasma et la génération d'harmoniques d'ordre élevé dans les miroirs à plasma, ou encore l'accélération de particules par laser.

Mots‑clés

Contrôle de forme d'onde, impulsions laser, champ fort, formes d'ondes lumineuses, physique des lasers, ondes lumineuses, formes d'ondes à plusieurs couleurs, génération d'harmoniques d'ordre élevé, transposition vers le bas, composantes colorées, phase d

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