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Durée démission X d un plasma créé par laser
sub-picoseconde
C. Chenais-Popovics, F. Dorchies, P. Audebert, V.
Nagels, J.C. GauthierLaboratoire pour
l'Utilisation des Lasers Intenses, UMR No 7605
CNRS, CEA, Ecole Polytechnique, Univ. Paris
VIEcole Polytechnique, 91128 Palaiseau cedex,
France
Une partie des données a été enregistrée dans
des expériences effectuées avec S. Gary, F.
Girard, O. Peyrusse, CEA Bruyères le Châtel
UVX2002, Ile d Oléron, 11-14 Juin 2002
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Les plasmas créés par laser femtoseconde sont des
point-sources X et X-UV brillants, de très
courte durée

• Un laser femtoseconde (1016 à 1019 W/cm2) ionise
  la matière
• - énergie 100 mJ - 10J, 30 - 300 fs 1016 à
  1019 W/cm2
• cible solide, jet de gaz, jet d agrégats
• Le plasma quasi-ponctuel émet du rayonnement X
  (dimensions caractéristiques, liée à la tache
  focale laser 5 à 20µm).
• On obtient une source X ultra-brève.
• Rayonnement Ka monochromatique proche de la durée
  de l impulsion laser (quelques 100 fs)
• Rayonnement thermique large bande de quelques
  picosecondes
• Le développement de caméras à balayage de fente
  X, subpicoseconde permet la mesure de durée
  d impulsions X.
• Avec un laser haute cadence, on doit intégrer tir
  à tir .
• gt besoin d une caméra de très faible gigue

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La physique des plasmas créés par laser
femtoseconde comment ca marche ?
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Scheme of the LULI 100 TW laser facility
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Mesure de durée d impulsions X avec le laser
100 TW du LULI
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Spectre daluminium, de sélénium et de samarium
en régime sub-picoseconde, bas flux
Al Z13
10 ps
time
Al11 1s2-1s2p
dielectronic satellites
Se Z 34
Se24 Ne-like 2p6 1S0 -2p53d 1P1
Se24 Ne-like 2p6 1S0-2p53d 3D1
The 3d-4f transitions do not appear. The
continuum Sm spectrum is filtered with
different foils thickness
Sm Z62
Energy (eV)
1570
1610
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Mesure de la vitesse de balayage de la caméra
16.7 ps
vitesse de balayage 200 10 fs / pixel 5.3
0.2 ps/mm
time
Spectre de samarium, 7.7 à 8 Å Laser 1J, 300
fs, 0.53 µm
On remarque la durée plus longue de la deuxième
impulsion, due au chauffage du plasma préformé
par la 1ère impulsion.
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La dynamique de la caméra est faible dû à la
saturation de l électronique
Essais sur samarium , avec filtre à échelon au
dessus de 75 coups de la CCD, le signal sature,
et commence plus tôt.
Avec l aluminium, la raie de résonance He a
sature plus vite que les satellites et le
continuum.
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Un spectromètre à cristal de Bragg conique
focalise un spectre X sur la cathode de la
caméra à balayage de fente
Tests de focalisation avec laser He-Ne

• Le cristal conique focalise dans un plan
• perpendiculaire à l axe plasma - cathode
• avec une bonne efficacité
• La ligne focale atteint 10 µm

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Des mesures correctes demandent un bon alignement
du cristal
Spectre d aluminium avec résolution spatiale
obtenu avec le cristal conique dans la gamme 7
-8 Å (1.55 - 1.77 keV)
Spectre Sm bien aligné
Spectre Sm mal aligné
Axe fente caméra
Le spectre doit être très bien aligné avec la
fente de la caméra streak
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(No Transcript)
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La durée d émission augmente avec l intensité
laser
Tir à 1 et 10 Joule, 300 fs sur cible de
samarium Intensité 1018 W/cm2 et 7 1018
W/cm2 Durée 2.6 et 4.2 ps respectivement
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Les raies ont une durée plus grande que le
continuum
Tir à 10 Joule, 300 fs sur sélénium Intensité 7 x
1018 W/cm2 Durée continu6 ps Durée raies 7.2
ps et 7.3 ps
Tir à 1 Joule, 300 fs sur sélénium Intensité 1018
W/cm2 Durée continu3.3 ps Durée raies 3.3 ps
et 4.6 ps
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Aluminium les satellites Li-like sont plus
courts que la raie de résonance He-like
Tir à 10 Joule, 300 fs sur aluminium Intensité 3
x 1017 W/cm2 Durée continu3.4 ps satellites
5.2 ps et He a 6.7 ps
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Interaction avec des agrégats
Cible gaz agrégats
Rayonnement X 3 keV (couche K de l Argon)
buse
laser
I 1016 W.cm-2 , ?t 300 fs
X
Rayon agrégats 300 Å Laser kHz Absorption
élevée Peu de débris
E (keV)
F. Dorchies, UVX 2002, Mardi 11 Juin 2002
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Mesure de durée à haute cadence
filtre gt 2 keV
laser
Streak FX
CCD
300 µm
plasma
commutateurs optiques kHz
fuite laser
60 bars dAr, ?t 700 fs
signal (cptes CCD)
Résolution temporelle lt 500 fs FWHM en 1
tir 1.2 ps FWHM en mode accumulé
(au kHz sur 600.000 tirs)
F. Dorchies, UVX 2002, Mardi 11 Juin 2002
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Un plasma créé par laser femtoseconde est aussi
une source de rayonnement K??
Optimisation avec laser du LOA
focalisation

• laser I1016 W/cm2 ,??800 nm, ?120fs, très bon
  contraste
• cible de Silicium
• raie K???? ??? 1.74 keV , ?E 1eV
• pré-impulsion de 1014 W/cm2
• 6 ps avant limpulsion
• nombre de photons
• 8 108 photons/sr
• rendement
• 6 10-3

320 ?m
80 ?m
Tache focale du rayonnement X obtenue avec un
cristal focalisant
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La première application à la diffraction X montre
une durée très courte de l émission Ka
Dynamique de fusion dun film de
Langmuir-Blodgett
Temps de montée du signal diffracté de 600 fs
C. Rischel, A. Rousse et al, Nature 390, 490,
(1997)
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Conclusion et perspectives
Le couplage d une caméra à balayage de fente
subpicoseconde avec un cristal conique permet de
mesurer la durée d une source X, avec résolution
spectrale. - Résolution de 500 à 800 fs, en
monocoup - Résolution en mode itératif de 1.2 ps
sur 600 000 coups, avec un pulseur recevant
directement le signal optique.
Les sources X créées par laser femtoseconde ont
une durée inférieure à 10 ps, sur cible solide
ou jet de gaz ou d agrégats. Le rayonnement Ka
est encore plus court, et de durée non mesurée
directement. gt applications pour sonder la
matière pendant des temps très courts.
Les sources X de samarium sont et seront
utilisées en spectroscopie dabsorption de
laluminium. Une résolution temporelle de
quelques picosecondes est obtenue en produisant
la source avec un laser sub-picoseconde
gtInterêt de coupler un laser ultra-court
pétawatt (500 J/500 fs) avec un
laser de grande puissance pour les diagnostics
(LULI 2000, LIL)