Développement et caractérisation des lasers XUV <br />créés par laser femtoseconde

Coherent soft x-ray sources have an important potential for scientific, medical and industrial applications. The development of high intensity laser systems allowed the realization of new coherent and fast soft x-ray sources like high order harmonic generation and soft x-ray lasers. These sources are compact, cheaper than traditional sources such as synchrotrons, and are thus interesting.This thesis presents the study of a new soft x-ray laser pumped by a femtoseconde laser beam working at 10 Hz. The circularly polarized ultra intense laser is longitudinally focused in a cell filled with xenon or krypton, to obtain the amplification of two lasing lines at 41.8 nm and 32.8 nm in Pd-like xenon and Ni-like krypton respectively. We carry out an experimental and numerical study of the source to understand the importance of different parameters such as the laser intensity and polarization, the gas pressure and the cell length. We have also spatially and temporally characterized the soft x-ray laser beam. To compensate the refraction of the driving laser we have investigated guiding techniques consisting in creating a plasma channel by electric discharge or using the multiple reflections of the driving laser on the internal walls of the dielectric tubes of sapphire or glass. A spectacular improvement of the source performances has been observed in both cases.Finally, we present a preliminary study on a different x-ray scheme: the innershell photo pumping of neutral atoms. We have developed an optical system, which should create the appropriate conditions for the realisation of short wavelength x-ray amplifier.Les sources XUV cohérentes présentent un potentiel important d'applications scientifiques, médicales et industrielles. Le développement des lasers ultra intenses a permis la réalisation de nouvelles sources XUV cohérentes et brèves, comme la génération d'harmonique d'ordre élevée et les lasers XUV. Ces sources sont compactes, peu coûteuses par rapport aux sources classiques telles que les synchrotrons, et présentent donc un intérêt tout particulier.Cette thèse présente une série d'études sur une nouvelle source laser XUV, pompée par un laser femtoseconde fonctionnant à 10 Hz. Un laser ultra intense est focalisé dans une cellule remplie de xénon ou de krypton et crée une colonne de plasma. Une émission laser à 41,8 nm dans le xénon IX ou à 32,8 nm dans le krypton IX est alors obtenue sur l'axe du laser de pompe. Nous avons réalisé une étude à la fois expérimentale et numérique de ce type de source dans le but de caractériser l'importance de différents paramètres tels que l'intensité et polarisation du laser, la pression du gaz et la longueur de la cellule. Cette thèse présente aussi une étude des profils spatiaux et temporels de l'émission laser.Afin de compenser la réfraction du laser de pompe, nous avons utilisé deux techniques de guidage qui ont permis un allongement significatif de la zone amplificatrice du plasma. La première repose sur la création d'un canal plasma par décharge électrique et la deuxième sur les réflexions sur les parois internes de tubes diélectriques de saphir ou de verre. Dans les deux cas une amélioration spectaculaire des performances de la source a été observée.Finalement, nous présentons dans ce manuscrit une étude préliminaire sur un autre schéma de pompage de laser X: par photo ionisation en couches internes d'atomes neutres. Nous avons développé un système optique qui devrait permettre la réalisation d'une onde inhomogène femtoseconde absolument nécessaire pour ce type de laser X

Demonstration of a Collisionally Excited Optical-Field-Ionization XUV Laser Driven in a Plasma Waveguide

International audienceWe describe the first demonstration of a collisionally excited optical-field-ionization laser driven within a waveguide. Lasing on the 4d^95d-4d^95p transition at 41.8 nm in Xe8+ was observed to be closely correlated to conditions under which the pump laser pulses were guided well by a gas-filled capillary discharge waveguide. Simulations of the propagation of the pump laser radiation show that gain was achieved over essentially the whole 30 mm length of the waveguide

Characterization of collisionally pumped optical-field-ionization soft X-ray lasers

International audienceWe give an overview of recent experimental results on optical-field-ionization collisional soft X-ray lasers developed at LOA. By focusing a 30-fs, circularly polarized Ti-sapphire laser pulse at an intensity of up to 8×10^17 Wcm^-2 into a low-density gas cell containing Xe or Kr, we produced a few mm long plasma column for soft X-ray amplifier. Saturated amplification has been achieved on the 4d^95d(1S0)–4^95p(1P1) transition at 41.8 nm in Xe8+, and on the 3d^94d(1S0)–3d^94p(1P1) transition in Kr8+ at 32.8 nm. Under optimum pumping conditions the Xe8+ laser provides about (5±2)×10^9 photons per pulse whilst the Kr8+ laser delivers up to (2.5±1)×10^9 photons per shot. The repetition rate of these soft X-ray lasers is 10 Hz. The beam wavefront of the Xe8+ laser has been measured by a Shack–Hartmann soft X-ray wavefront sensor, and the pulse duration by a cross-correlation technique

Progress in optical-field-ionization soft X-ray lasers at LOA

International audienceWe give on overview of recent advances in collisionally pumped optical field-ionization soft X-ray lasers developed at LOA. Saturated amplification has been achieved on the 5d-5p transition in Xe^8+ at 41.8 nm, and on the 4d-4p transition in Kr^8+ at 32.8 nm. We demonstrate a significant increase of the energy output from the Xe^8+ laser driven within two types of wave-guide. Finally, we present results of a pioneering work aimed to set up and characterize the first true soft X-ray laser chain