Première génération de seconde harmonique dans le domaine XUV
Deux photons de même fréquence peuvent interagir dans un matériau pour se combiner en un nouveau photon de fréquence double. Ce processus de génération de seconde harmonique a été démontré pour la première fois en 1961, peu après l’invention du laser à lumière visible, et a lancé le domaine de l’optique non linéaire. Une collaboration internationale réunissant des scientifiques de l’IP-Paris, de l’UC Berkeley, de l’Université de Jena et d’autres a réussi à observer directement pour la première fois la génération de seconde harmonique de photons
L’expérience a été réalisée au Laboratoire d’Optique Appliquée, où des chercheurs ont développé une source laser XUV dont les performances ont permis d’atteindre la forte intensité requise pour déclencher des processus non linéaires tels que le doublage de fréquence. L’impulsion XUV à 32nm a été focalisée sur la surface d’une mince feuille de titane. Le rayonnement transmis a ensuite été analysé à l’aide d’un spectromètre XUV à haute sensibilité, dévoilant la génération de la seconde harmonique de l’impulsion laser XUV à une longueur d’onde de 16nm.
Des mesures supplémentaires ont suggéré que, grâce à la structure électronique du titane, l’absorption résonante du rayonnement XUV incident a fortement renforcé la conversion non linéaire. Afin de mieux comprendre les processus en jeu, des calculs numériques complexes ont été effectués. Ils ont confirmé que la génération de seconde harmonique se produit à la surface avant de la feuille de titane.
La spécificité de surface et d’élément du processus de génération de seconde harmonique XUV en fait une technique bien appropriée pour étudier les propriétés intrinsèques de systèmes complexes ayant un large éventail d’applications, comme les batteries entièrement solides, les matériaux ferroélectriques, les hétérojonctions de semi-conducteurs et d’autres hétérostructures quantiques de faible dimension, pour n’en citer que quelques-unes. Les résultats présentés ici laissent également entrevoir la possibilité de réaliser une spectroscopie XUV non linéaire ultrarapide à l’aide de sources de plus grande échelle.
Ces études viennent d’être publiées dans Science Advances.
