High order harmonic generation from plasma mirror
Génération d'harmoniques d'ordres élevés sur miroir plasma
Résumé
When an intense laser beam is focused on a solid target, its surface is rapidly ionized and forms a dense plasma that reflects the incident field. For laser intensities above few $10^{15}Wcm^{-2}$, high order harmonics of the laser frequency, associated in the time domain to a train of attosecond pulses ($1as = 10-^{18}s$), can be generated upon this reflection. Because such a plasma mirror can be used with arbitrarily high laser intensities, this process should eventually lead to the production of very intense pulses in the X-ray domain.
In this thesis, we demonstrate that for laser intensities about $10^{19}Wcm^{-2}$, two mechanisms can contribute to the generation of high order harmonics: the coherent wake emission and the relativistic emission. These two mechanisms are studied both theoretically and experimentally. In particular, we show that, thanks to very different properties, the harmonics generated by these two processes can be unambiguously distinguished experimentally. We then investigate the phase properties of the harmonic, in the spectral and in the spatial domain. Finally, we illustrate how to exploit the coherence of the generation mechanisms to get information on the dynamics of the plasma electrons.
In this thesis, we demonstrate that for laser intensities about $10^{19}Wcm^{-2}$, two mechanisms can contribute to the generation of high order harmonics: the coherent wake emission and the relativistic emission. These two mechanisms are studied both theoretically and experimentally. In particular, we show that, thanks to very different properties, the harmonics generated by these two processes can be unambiguously distinguished experimentally. We then investigate the phase properties of the harmonic, in the spectral and in the spatial domain. Finally, we illustrate how to exploit the coherence of the generation mechanisms to get information on the dynamics of the plasma electrons.
Lorsqu'un faisceau laser intense est focalisé sur une cible solide, cette dernière est rapidement ionisée en surface, et forme un plasma dense qui réfléchit le champ incident. Pour des éclairements lasers supérieurs à quelques $10^{15}Wcm^{-2}$, cette réflexion peut s'accompagner de la génération d'harmoniques d'ordres élevés de la fréquence laser, associées dans le domaine temporel à un train d'impulsions attosecondes ($1as=10-^{18}s$). Un tel miroir plasma pouvant supporter des éclairements arbitrairement élevés, ce processus devrait permettre à terme, de produire des impulsions très intenses dans le domaine des rayons X.
Au cours de cette thèse, nous avons prouvé que lorsque l'éclairement laser est de l'ordre de $10^{19}Wcm^{-2}$, deux mécanismes peuvent contribuer à la génération d'harmoniques d'ordres élevés sur miroir plasma : l'émission cohérente de sillage et l'émission relativiste. Ces deux mécanismes ont été étudiés à la fois théoriquement et expérimentalement.
Nous avons ainsi montré que, grâce à des propriétés très différentes, les harmoniques générées par ces deux processus peuvent être distinguées expérimentalement, sans ambiguïté. Nous nous sommes ensuite intéressés aux propriétés de phase spectrales et spatiales des harmoniques. Enfin, nous avons illustré comment exploiter la cohérence des mécanismes de génération pour obtenir des informations sur la dynamique électronique du plasma.
Au cours de cette thèse, nous avons prouvé que lorsque l'éclairement laser est de l'ordre de $10^{19}Wcm^{-2}$, deux mécanismes peuvent contribuer à la génération d'harmoniques d'ordres élevés sur miroir plasma : l'émission cohérente de sillage et l'émission relativiste. Ces deux mécanismes ont été étudiés à la fois théoriquement et expérimentalement.
Nous avons ainsi montré que, grâce à des propriétés très différentes, les harmoniques générées par ces deux processus peuvent être distinguées expérimentalement, sans ambiguïté. Nous nous sommes ensuite intéressés aux propriétés de phase spectrales et spatiales des harmoniques. Enfin, nous avons illustré comment exploiter la cohérence des mécanismes de génération pour obtenir des informations sur la dynamique électronique du plasma.