Accélération laser WakeField (LWFA)
Les accélérateurs de champ de sillage laser exploitent la propriété du plasma de résister à des champs électriques d’amplitude extrême pour produire des électrons de haute énergie sur de courtes distances. En se propageant dans un plasma, une impulsion laser intense peut en effet générer dans son sillage une onde de plasma avec un champ électrique (les champs de sillage) de 3 à 4 ordres de grandeur plus grands que ceux des accélérateurs conventionnels. Les électrons piégés dans l’onde de plasma peuvent ainsi être accélérés jusqu’à des énergies de quelques GeV en quelques centimètres seulement.
Au cours des 10 dernières années, le groupe a principalement travaillé sur l’amélioration de la qualité et de la stabilité du faisceau, en étudiant par exemple les techniques de focalisation et d’ injection d’ électrons , ou les méthodes de réduction de la propagation de l’énergie du faisceau . Plus récemment, nous nous sommes concentrés sur de nouveaux concepts pour augmenter l’énergie du faisceau. Un gain d’énergie de 60% a d’abord été obtenu en manipulant la phase du faisceau d’électrons pour le maintenir plus longtemps dans le champ accélérateur. Nous avons également développé un guide d’ondes laser-plasmapour garder le laser focalisé dans le plasma sur de longues distances. Enfin, nous avons proposé d’utiliser une impulsion laser superluminale sans diffraction pour obtenir une accélération sans déphasage, ce qui pourrait permettre d’augmenter l’énergie du faisceau de plusieurs ordres de grandeur.
Les activités actuelles sont toujours liées à l’amélioration de la qualité et de l’énergie du faisceau, dans le but de produire de manière fiable un faisceau d’électrons de GeV avec une durée d’impulsion fs, une faible émittance et des diffusions à faible énergie, ce qui devrait inciter au développement d’applications scientifiques et sociétales des accélérateurs de plasma. .
L’une des applications les plus prometteuses des accélérateurs de particules à plasma est la réalisation d’un laser compact à électrons libres (FEL). En collaboration avec le Synchrotron SOLEIL et l’ Université de Lille , nous avons montré que les propriétés du faisceau d’électrons à l’entrée de l’onduleur peuvent être correctement contrôlées en utilisant une ligne de transport spécifique conçue pour traiter des faisceaux d’électrons de type LWFA [ Nat. Commun. 9, 1334 (2018) ], et que ce faisant, le faisceau d’électrons peut produire un rayonnement onduleur qui présente toutes les propriétés et la qualité obtenues dans les installations de synchrotron conventionnelles [ Sci. Rep. 9, 19020 (2019 ) ]. Ces résultats ouvrent la voie à la démonstration expérimentale du gain FEL à l’aide de faisceaux d’électrons LWFA.
