Laser XUV femtoseconde dans un plasma dense pompé par collisions

Les lasers XUV collisionnels injectés par harmoniques sont des sources compactes capables de fournir des impulsions énergétiques avec d’excellentes propriétés spatiales. Cependant, les applications de ce type de source sont depuis longtemps limitées par leur durée d’impulsion, jusque là supérieure à la picoseconde.

En collaboration avec des chercheurs de Madrid et de Prague, des scientifiques du groupe FLUX du LOA ont démontré la réduction conséquente de la durée de l’impulsion XUV sous ce seuil grâce à l’augmentation de la densité électronique du plasma amplificateur. Il a ainsi été mesuré que la durée d’impulsion passe de 1,4 ps RMS à 4×1019 cm-3 à 520 fs RMS à 8×1019 cm-3. Cette réduction est induite par une interruption anticipée de la durée de vie du gain causée par une surionisation de l’ion lasant.

Ces mesures ont été réalisées grâce à un diagnostic temporel innovant reposant sur l’irradiation d’un miroir multicouches XUV par une impulsion pompe infrarouge intense focalisée en une ligne focale dont l’énergie est déposée progressivement dans le temps le long de cette ligne. Cette méthode originale permet de mesurer tout type de profil temporel d’impulsion XUV en un tir unique avec une résolution temporelle aussi courte que 200 fs. Les résultats expérimentaux sont en excellent accord avec les calculs Maxwell-Bloch 3D, ce qui permet de valider les codes cinétique plasma à une échelle de temps subpicoseconde.

Les simulations prédisent des durées encore plus courtes à des densités de 1020 cm-3, ouvrant la voie à de nombreuses applications nécessitant des impulsions XUV de haute intensité pour exciter ou sonder des processus ultra-rapides dans la matière à l’échelle nanométrique.

Ce travail a été publié dans :

Kabacinski et al., Femtosecond soft x-ray lasing in dense collisionaly-pumped plasma, Physical Review Research, Vol. 4, Iss. 3 (2022)

https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.4.L032009

Montage expérimental : génération du laser XUV injecté par harmoniques et mesure de son profil temporel à l'aide d'un diagnostic monotir. Le faisceau XUV arrive sur un miroir multicouches XUV (M1) avec une incidence quasi-normale. M1 est imagé par un miroir sphérique XUV (M2) sur une caméra CCD. Un faisceau infrarouge (20 mJ, 30 fs) est focalisé sur M1 en une ligne à l'aide d'un second miroir sphérique (M3). Le front d’onde de ce faisceau étant tilté par rapport à la normale de M1, le dépôt d’énergie s’effectue progressivement dans le temps le long de la ligne focale.