Génération d’impulsions attosecondes isolées avec un faisceau laser “Flat-Top”

1. Génération d’impulsions attosecondes isolées avec un faisceau laser “Flat-Top” V. Strelkov1,2, E. Mével1 and E. Constant1 1CEntre Lasers Intenses et Applications, Université Bordeaux I 2General Physics Institute of Russian Academy of Sciences, Moscow

2. 9 fs plateau 2w coupure T0/2 480 as t  100 10-18 s Intensité temps 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 q temps Atto Génération d’harmoniques d’ordre élevé Réseau XUV ħw gaz Al Laser qq mJ 800 nm 40 fs q ħw I = 1014 W.cm-2 Harmoniques impaires du fondamental: 3 w, 5 w, …, 839 w … Train d’impulsions attosecondes (1 as = 10-18 s) XUV

3. XUV Contrôle des recollisions impulsion atto isolée Méthodes de confinement temporel Impulsions 5fs, CEP stabilisées + sélection spectrale du cut-off Hentschel et al.: Nature 414, 509 (2001) Impulsions 5fs-20 fs, CEP stabilisées + Porte de polarisation Corkum et al.: Optics Letters 19, 1870 (1994) Sola et al., Nature Physics, 2, 281 (2006) Atto Génération d’impulsions isolées K.C. Kulander et al., SILAP III (1993) P. B. Corkum, PRL 71, 1994 (1993) Modèle en 3 étapes 2: Oscillation 3: recombinaison 1: Ionisation Périodicité T0/2 : train d’impulsions attosecondes Faible énergie laser <1mJ Impulsion atto sub nJ

4. Optimisation de la réponse macroscopique Augmenter le nombre d’atomes Accord de phase L< Lcoh = p/ Dk Lcoh Réabsorption: 3Labs< L Efficacité : 10-5 Train d’impulsions, µJ Atto Optimisation de l’énergie harmonique Optimisation de la réponse de l’atome unique Dipôle non linéaire max pour I  Isat: Choix d’atome + impulsion courte Laser « standard » : 30 fs, 100 mJ, CEP non stabilisée + Longues focales Constant et al. PRL 82, 1668 (1999) Hergott et al. PRA 66, 021801 (2002), Takahishi et al. Opt. Lett. 27, 1920 (2002)

5. Dk=0 Accord de phase transitoire sur T0/2 impulsion attoseconde unique Accord de phase large bande impulsion attoseconde ultracourte Atto Méthode alternative de confinement temporel Contrôle de la réponse macroscopique Dk = kq - q k0 - K Dk (r, I(t)) = Dkgeom + Dkneutr(r) (1 - Gi (I(t)) ) + Dkplasma(r)Gi (I(t))-K Accord de phase Ionisation dépendante du temps Gi(I(t)) Accord de phase transitoire : la densité électronique compense la dispersion du gaz neutre et la phase géométrique DkL Constant et al. PRL 82, 1668 (1999), Mével et al. , ICOMP VIII (2000), Kazamias et al., PRL 90, 193901 (2003)

6. Dk=0 1,0 Dk=0 0,8 0,6 Atto Influence de la distribution d’éclairement Faisceau Gaussien r I(r) gaz z La variation de I (r,z) s’oppose au confinement Faisceau Flat top pour un accord de phase homogène

7. Gaz z1 z2 Atto Profil quasi Flat -top Lames de phase Diaphragme r dj W1/e2 flame z 0 firis Faisceau Gaussian incident: 800 nm, E =0.17 mJ, tlaser =10 fs, W1/e2=1 cm Paramètres de la mise en forme spatiale: firis = 2.8 W1/e2, flame = 1.9 W1/e2 , df=-p, f=1m Cible: Ar 60 mBar, z2-z1 =0.75 mm, 1.5 mm avant le foyer Accord de phase homogène dans le milieu

8. Trajectoires courtes Trajectoires longues a 1 a 25 K0 Atto Génération avec des impulsions de 10 fs effet de l’accord de phase transitoire wq > 32w0 Présence d’un second train d’impulsions Dk = kq - q k0 - K La propagation sélectionne une famille de trajectoires

9. x [fs] Atto Cartes d’accord de phase wq > 32w0 accord de phase transitoire synchrone sur la section du faisceau Strelkov, Phys. Rev. A 74, 013405 (2006), Strelkov, et. al., Appl. Phys. B, 78, 879–884 (2004)

10. Atto Influence de la CEP cos sin jCEP=p/2 jCEP=0 La porte d’accord de phase est liée au champ et suit les variations de CEP

11. 1.0 1.0 0.8 0.8 0.6 0.6 XUV intensity [arb. un.] XUV intensity [arb. un.] 0.4 0.4 0.2 0.2 0.0 0.0 Atto Robustesse / aux fluctuations de CEP jCEP=p/2 jCEP=0 Variation du contraste temporel avec la CEP Impulsion atto isolée pour 67% des CEP (40% pour les autres méthodes)

12. w 2w 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 q 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 q 2 4 6 8 10 12 14 16 20 22 24 26 28 30 32 34 36 T0 T0/2 Intensité Intensité temps temps Atto Génération avec 2 champs w +2w Un seul champ: w 2-couleurs (w+2w) Permet d’augmenter la durée d’accord de phase transitoire à T0 Impulsions atto isolées possibles avec tlaser = 20 fs

13. Transmission d’un filtre Al : wq>12 w0 DkLabs confinement médiocre pour q faible Atto Génération avec des impulsions de 20 fs 20 fs, 800 nm flat-top + 20 fs, 400nm Gaussien, W2w,1/e2 = 85 µm,Iw =10 I2w, fw-2w=0 T0 XUV intensity [arb. un.] 5 4 3 2 1 0 wq > 24w0 wq > 24w0 Impulsion atto isolée pour 80% des CEP Meilleur contraste temporel wq > 12w0

14. Atto Conclusions Flat top : accord de phase simultané sur l’axe et la périphérie du faisceau. Le profil radial d’éclairement peut-être obtenu expérimentalement à l’aide de lames de phase. L’émission d’une impulsion attoseconde isolée peut être obtenue avec des impulsions de 10 fs (1 couleur) ou 20 fs (2 couleurs) avec un faisceau Flat-Top. Grande robustesse par rapport aux fluctuations de CEP. Confinement compatible avec des conditions d’optimisation de l’efficacité de génération (microscopique+macroscopique). V. Strelkov, E. Mével, E. Constant, New J. Phys. 10, 083040 (2008)

15. Atto Perspectives Résultats des calculs applicables à des impulsions laser longues (30 fs) de fortes énergies (E>10 mJ). - Augmentation de la longueur Flat-top avec de longues focales - Meilleur confinement avec des milieux longs (DkL) mais efficacité moindre (I plus faible dans la porte d’accord de phase) - Mise en forme temporelle - Optimisation de la génération à 2 couleurs (fw-2w, Wflat-top,w/W2w) Confirmation expérimentale de l’efficacité de génération avec le Flat-top (Collaboration avec le CEA-Saclay et le LOA) Application de la méthode pour des impulsions de 10-20 fs ,E>10 mJ. - Milieux longs - Bon confinement et meilleure efficacité de génération Développement de la post compression haute énergie (10 mJ, 10 fs) au CELIA (visite CELIA jeudi à 14h30)

16. Atto Réalisation expérimentale Lames de phase Laser Ti:Sapph CPA LUCA: 50 fs , 80 mJ

17. Atto Profil radiaux d’éclairement expérimentaux  = 0 rad  =  rad  = 0.8 rad Profil Flat Top Diamètre élargi d’un facteur>2

18. Atto Résultats expérimentaux Efficacité comparable faisceaux Flat –Top/ Gaussien Amélioration du profil spatial Harmonique Avec un faisceau Gaussien, à la position optimale en Z Avec un faisceau Flat Top Divergence de l’harmonique 19 générée dans l’Argon (E=3 mJ)