Photoionisation habillée par laser pour la métrologie temporelle, à l’échelle attoseconde et femtoseconde, de sources XUV ultrabrèves générées par plasma

Cette thèse s’inscrit dans le cadre des travaux visant à caractériser temporellement des sources XUV (λ=2-50 nm) intenses, cohérentes et ultracourtes, en particulier les harmoniques d’ordre élevé générées par un miroir plasma et le laser XUV généré dans un plasma chaud et injecté par une harmonique d’ordre élevé. La génération de ces sources fait intervenir des processus physiques différents dans chaque cas, il en résulte des profils temporels d’impulsion spécifiques à chaque source, avec une durée qui couvre le domaine de la femtoseconde (10^-15 s) jusqu’à l’attoseconde (10^-18 s). La mesure des profils temporels correspondants permet d’accéder à des informations fines sur la physique complexe des sources et d’interpréter de façon pertinente les expériences d’interaction des impulsions ultra-brèves XUV avec la matière. À ce jour, la connaissance de ces profils repose principalement sur des simulations numériques, les mesures expérimentales sont encore très rares, en raison du manque de diagnostic expérimental avec une résolution temporelle adaptée, ce qui fait que ces études restent toujours un défi international important. Le but de la thèse était de mettre en œuvre, pour ces deux types de sources, la technique de photoionisation habillée par laser, déjà démontrée pour d’autres sources XUV ultrabrèves, principalement les harmoniques gaz et les lasers XUV à électrons libres. La technique est basée sur la spectroscopie de photoélectrons ionisés par l’impulsion XUV à caractériser, en présence d’un champ d’habillage infrarouge. L’apparition de bandes latérales (sidebands) et la modulation du spectre de photoélectrons induite par l’interaction avec le laser d’habillage permet, dans un second temps, de remonter à la structure temporelle de l’impulsion XUV, en amplitude et/ou en intensité, au moyen d’algorithmes itératifs. Dans le cadre de cette thèse un nouveau spectromètre à électrons, de type imageur de vitesse (VMI) à configuration en lentille épaisse, a été caractérisé et optimisé. Ce VMI a ensuite été implanté sur deux installations laser, UHI100 au LIDYL (CEA Saclay) et LASERIX à IJCLab (Orsay), pour mettre en œuvre la technique de photoionisation habillée par laser avec les harmoniques sur miroir plasma et le laser XUV injecté respectivement. Avec les deux sources, des spectres de photoélectrons résolus angulairement ont été enregistrés avec succès en mode accumulation multi-tirs aussi bien qu’en mono-tir. Pour chaque source, un montage expérimental spécifique a été conçu et mis en œuvre pour assurer le recouvrement spatial et temporel de l’impulsion XUV et de l’impulsion IR d’habillage dans la zone d’interaction du VMI, avec la précision ultime requise. Des simulations numériques de l’effet d’habillage attendu dans chaque cas ont été effectuées, à l’aide d’un code basé sur un modèle dit « SFA » (Strong Field Approximation). Dans le cas des harmoniques XUV par miroir plasma, l’asymétrie de la distribution angulaire des spectres photoélectroniques, prédites par les simulations, n’a pas pu être observée. Dans le cas du laser XUV injecté, un faible effet d’habillage (apparition de sidebands) a pu être mis en évidence. Nous discutons les points critiques qui ont pu empêcher ou gêner l’observation de l’effet d’habillage sur les spectres de photoélectrons, en particulier la présence de rayonnement incohérent de durée plus longue que la source à caractériser. Enfin nous proposons des pistes d’amélioration pour la réalisation de futures expériences. L’accès à la distribution angulaire des photoélectrons émis nous a permis de mener une étude originale sur l’effet de l’état de polarisation du laser XUV ionisant, plus particulièrement d’étudier l’influence sur cette distribution de la présence d’émission « ASE » non-polarisée qui accompagne l’harmonique amplifiée cohérente. Nous présentons une méthode expérimentale qui pourrait être utilisée pour minimiser la contribution de ce rayonnement, préjudiciable dans ce type d’expériences.