Fig. 1 :Source XUV intense compacte. Une impulsion NIR (rouge) est focalisée, et des harmoniques élevées sont générées dans un jet de gaz placé avant ou derrière le foyer NIR. De cette façon, la lumière XUV générée a une taille et une divergence similaires à celles du faisceau NIR. En raison de la longueur d'onde plus courte, le foyer du faisceau XUV est alors beaucoup plus petit que le foyer du faisceau NIR. Cela permet la génération d'impulsions XUV intenses qui sont utilisées pour l'ionisation multiphotonique XUV des atomes (voir partie supérieure). Crédit :Balázs Major
Une équipe internationale de chercheurs a démontré un nouveau concept de génération de rayonnement ultraviolet extrême (XUV) intense par génération d'harmoniques élevées (HHG). Son avantage réside dans le fait que son empreinte est beaucoup plus petite que les lasers XUV intenses actuellement existants. Le nouveau schéma est simple et pourrait être mis en œuvre dans de nombreux laboratoires à travers le monde, ce qui peut stimuler le domaine de recherche de la science XUV ultrarapide. Les résultats expérimentaux et théoriques détaillés ont été publiés dans Optique .
L'invention du laser a ouvert l'ère de l'optique non linéaire, qui joue aujourd'hui un rôle important dans de nombreux travaux scientifiques, applications industrielles et médicales. Ces applications bénéficient toutes de la disponibilité de lasers compacts dans le domaine visible du spectre électromagnétique. La situation est différente aux longueurs d'onde XUV, où de très grandes installations (appelées lasers à électrons libres) ont été construites pour générer des impulsions XUV intenses. Un exemple en est le FLASH à Hambourg qui s'étend sur plusieurs centaines de mètres. De plus petites sources XUV intenses basées sur HHG ont également été développées. Cependant, ces sources ont encore une empreinte de plusieurs dizaines de mètres, et n'ont jusqu'à présent été démontrés que dans quelques universités et instituts de recherche dans le monde.
Une équipe de chercheurs du Max Born Institute (Berlin, Allemagne), ELI-ALPES (Szeged, Hongrie) et INCDTIM (Cluj-Napoca, Roumanie) a récemment développé un nouveau schéma pour la génération d'impulsions XUV intenses. Leur concept est basé sur HHG, qui repose sur la focalisation d'une impulsion laser dans le proche infrarouge (NIR) dans une cible de gaz. Par conséquent, des rafales lumineuses très courtes avec des fréquences qui sont des harmoniques du laser de pilotage NIR sont émises, qui sont ainsi typiquement dans la région XUV. Pour pouvoir obtenir des impulsions XUV intenses, il est important de générer autant de lumière XUV que possible. Ceci est généralement réalisé en générant une très grande focalisation du laser de pilotage NIR, ce qui nécessite un grand laboratoire.
Des scientifiques du Max Born Institute ont démontré qu'il est possible de réduire un laser XUV intense en utilisant une configuration qui s'étend sur une longueur de seulement deux mètres. Pour pouvoir le faire, ils ont utilisé l'astuce suivante :au lieu de générer de la lumière XUV au foyer du laser de pilotage NIR, ils ont placé un jet d'atomes très dense relativement loin du foyer du laser NIR, comme le montre la Fig. 1. Cela présente deux avantages importants :(1) Étant donné que le faisceau NIR à la position du jet est grand, de nombreux photons XUV sont générés. (2) Le faisceau XUV généré est grand et a une grande divergence, et peut donc être focalisé sur une petite taille de spot. Le grand nombre de photons XUV en combinaison avec la petite taille de spot XUV permet de générer des impulsions laser XUV intenses. Ces résultats ont été confirmés par des simulations informatiques réalisées par une équipe de chercheurs de l'ELI-ALPS et de l'INCDTIM.
Pour démontrer que les impulsions XUV générées sont très intenses, les scientifiques ont étudié l'ionisation multiphotonique des atomes d'argon. Ils ont pu multiplier ioniser ces atomes, conduisant à des états de charge ionique de Ar
Le nouveau concept peut être mis en œuvre dans de nombreux laboratoires à travers le monde, et divers domaines de recherche peuvent en bénéficier. Cela comprend la spectroscopie attoseconde à pompe attoseconde, ce qui a été jusqu'à présent extrêmement difficile à faire. Le nouveau laser compact XUV intense pourrait surmonter les limitations de stabilité qui existent dans cette technique, et pourrait être utilisé pour observer la dynamique des électrons sur des échelles de temps extrêmement courtes. Un autre domaine qui devrait en bénéficier est l'imagerie d'objets à l'échelle nanométrique tels que les biomolécules. Cela pourrait améliorer les possibilités de faire des films dans le nano-cosmos sur des échelles de temps femtoseconde ou même attoseconde.
