Amélioration du contraste temporel d’un laser de haute puissance pour optimiser la génération d’harmoni

Sujet de thèse :
Aujourd’hui, l’un des objectifs majeurs du domaine de l’interaction laser-plasma est d’atteindre le régime des champs forts de l’électrodynamique quantique (QED) à l’aide de lasers de très haute puissance. Dans ce régime extrême, le vide quantique et la matière soumis à des champs électromagnétiques ultra-intenses présentent de nouveaux comportements non linéaires, ouvrant la voie à l’observation de processus fondamentaux encore très peu explorés expérimentalement.

Parmi les différentes approches envisagées pour atteindre ce régime, l’une des plus prometteuses repose sur la génération d’harmoniques d’ordre élevé à partir de miroirs plasma relativistes. Lorsqu’une impulsion laser ultra-intense interagit avec une cible solide, elle est ionisée et la surface du plasma peut osciller à des vitesses relativistes et agir comme un miroir non linéaire capable de convertir le rayonnement incident vers des fréquences beaucoup plus élevées. Cette conversion permet de générer un rayonnement cohérent dans le domaine XUV tout en offrant la possibilité de comprimer spatialement et temporellement l’énergie lumineuse. Les intensités ainsi atteignables peuvent dépasser de plusieurs ordres de grandeur l’intensité initiale du laser incident. À de telles intensités, la matière placée au foyer de ce rayonnement secondaire pourrait entrer dans le régime des champs forts de la QED, où de nouveaux processus deviennent accessibles, tels que l’émission de photons gamma de très haute énergie ou encore la création de paires électron-positon via le processus de Breit-Wheeler.

Cependant, nous avons récemment démontré [4] que la génération d’harmoniques d’ordre élevé sur miroir plasma relativiste est fortement limitée, aux intensités laser supérieures à 1e21 W/cm2 sur cible, par le contraste temporel sub-picoseconde de l’impulsion laser. En pratique, un piédestal temporel trop intense modifie prématurément l’état de la cible avant l’arrivée du pic principal, dégradant fortement les conditions optimales d’interaction.
Il devient donc indispensable d’augmenter ce contraste temporel sub-picoseconde afin qu’il ne constitue plus un verrou pour la génération d’harmoniques relativistes et, à terme, pour l’accès au régime des champs forts de la QED.
Dans ce contexte, cette thèse propose d’explorer une approche entièrement nouvelle fondée sur l’utilisation d’un gaz placé en amont d’une cible solide. L’idée est de modifier temporellement la manière dont l’impulsion laser se focalise sur la cible. On augmente volontairement la distance de focalisation du faisceau afin de maintenir le piédestal temporel à faible intensité sur la cible solide alors que l’impulsion principale, beaucoup plus intense, subira des effets non linéaires d’auto-focalisation dans le gaz lui permettant de conserver une intensité élevée au point d’interaction. Cette méthode va ainsi permettre ainsi améliorer de façon sélective le contraste effectif
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