L’effet flying focus optimise les lasers à rayons X
La dispersion négative du plasma est un effet limitant dans de nombreuses expériences d’interaction laser-plasma réalisées à haute densité. Dans les lasers à rayons X mous (SXRLs) pompés longitudinalement, la dispersion du plasma entraîne une désynchronisation entre le faisceau de pompe infrarouge, qui se propage à une vitesse <c, et le faisceau des rayons X mous, qui se propage à ≈c, ce qui limite considérablement la longueur d’amplification effective.
En collaboration avec des chercheurs de Madrid et de Prague, des scientifiques du groupe FLUX du LOA ont démontré expérimentalement pour la première fois la capacité de contrôler la vitesse de groupe d’une impulsion laser de haute intensité (> 1018 W/cm²) dans un plasma grâce à des couplages spatio-temporels qui génèrent ce que l’on appelle l’effet « flying focus ».
Les mesures montrent que cela permet d’accélérer l’impulsion de pompe pour la maintenir synchronisée avec l’impulsion X, afin d’augmenter l’énergie contenue dans le faisceau de rayons X doux amplifié jusqu’à une extraction d’énergie optimale de 60 %. En outre, comme l’impulsion de rayons X et la pompe infrarouge ne s’éloignent plus l’une de l’autre, la durée de l’impulsion de rayons X mous n’augmente pas avec la longueur de l’amplification, mais reste constante. Les mesures de la durée des impulsions de rayons X mous de 32,8 nm donnent, en bon accord avec les simulations 3D Maxwell-Bloch, une valeur record de 350 fs RMS, constante sur 10 mm de propagation à une densité d’électrons de 8×1019 cm-3.
La compensation de la dispersion offre un grand potentiel d’optimisation du SXRL et ouvre des perspectives pour de nombreuses applications nécessitant des impulsions ultracourtes ou des intensités élevées sur la cible avec des longueurs d’onde courtes. Ce travail illustre également que les limitations fondamentales des interactions laser-plasma induites par la dispersion du plasma peuvent être surmontées grâce à des couplages spatio-temporels, ouvrant des perspectives dans un large éventail de domaines tels que l’accélération de photons ou l’accélération du champ de sillage laser.
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