Publications

2004

• A high-intensity highly coherent soft X-ray femtosecond laser seeded by a high harmonic beam
  
  • Zeitoun Philippe
  • Faivre Gabriel
  • Sebban Stéphane
  • Mocek Tomas
  • Hallou A.
  • Fajardo Marta
  • Aubert D.
  • Balcou Philippe
  • Burgy Frédéric
  • Douillet D.
  • Kazamias S.
  • de Lachèze-Murel G.
  • Lefrou T.
  • Le Pape S.
  • Mercère P.
  • Merdji Hamed
  • Morlens Anne-Sophie
  • Rousseau Jean-Philippe
  • Valentin C.
  Nature, Nature Publishing Group, 2004, 431, pp.426-429. Synchrotrons have for decades provided invaluable sources of soft X-rays, the application of which has led to significant progress in many areas of science and technology. But future applications of soft X-rays—in structural biology, for example—anticipate the need for pulses with much shorter duration (femtoseconds) and much higher energy (millijoules) than those delivered by synchrotrons. Soft X-ray free-electron lasers1 should fulfil these requirements but will be limited in number; the pressure on beamtime is therefore likely to be considerable. Laser-driven soft X-ray sources offer a comparatively inexpensive and widely available alternative, but have encountered practical bottlenecks in the quest for high intensities. Here we establish and characterize a soft X-ray laser chain that shows how these bottlenecks can in principle be overcome. By combining the high optical quality available from high-harmonic laser sources (as a seed beam) with a highly energetic soft X-ray laser plasma amplifier, we produce a tabletop soft X-ray femtosecond laser operating at 10 Hz and exhibiting full saturation, high energy, high coherence and full polarization. This technique should be readily applicable on all existing laser-driven soft X-ray facilities. (10.1038/nature02883)
  DOI : 10.1038/nature02883
• Spectroscopie X de plasmas hors équilibre thermodynamique.
  
  • Nagels-Silvert Virginie
  , 2004. Le sujet de ce mémoire s'inscrit dans le contexte général de l'étude des propriétés radiatives des plasmas chauds. L'état « plasma » constitue le quatrième état de la matière, faisant suite dans l'échelle des températures aux états dits « classiques » : solide, liquide et gaz. Il s'agit d'un état dilué constitué de particules chargées -électrons et ions positifs- en proportion telle que le milieu est globalement neutre. Les plasmas représentent un pourcentage non-négligeable de notre environnement. Présents majoritairement dans l'Univers, on les retrouve dans les objets astrophysiques tels que les étoiles, ou encore les atmosphères planétaires pour citer quelques exemples. Jusque vers les années 50, l'étude des plasmas créés en laboratoire était limitée à celle des décharges dans les gaz. On avait alors affaire à des plasmas partiellement ionisés, où une proportion importante des atomes constituant le gaz restait dans un état lié. De plus, les contributions à la compréhension des phénomènes physiques de base de cet état de la matière venaient essentiellement des astrophysiciens et des géophysiciens. L'essor de la physique des plasmas actuelle commence en fait avec les recherches associées à la fusion par confinement inertiel (FCI), proposées pour la première fois par Dawson en 1964. Dans ce schéma, une cible de DT (deutérium-tritium) est chauffée et comprimée jusqu'à l'ignition par des lasers de puissance (attaque directe) ou par rayons X, générés dans une cavité de matériau de numéro atomique Z élevé chauffée par lasers (attaque indirecte). Cette quête de la fusion est donc majoritairement à l'origine de l'essor des lasers dont on exige de plus en plus de puissance. Créés par et chauffés par rayonnement laser, les plasmas chauds émettent dans une large gamme du spectre électromagnétique : du rayonnement radio-électrique au rayonnement X. L'émission radiative des plasmas de laboratoire constitue un véritable indicateur de leur densité, température et de leur état d'ionisation. Ainsi, l'étude de ces plasmas fait intervenir de nombreux domaines tels que la physique atomique, la physique statistique, les équations hydrodynamiques et enfin les équations du transfert radiatif. De multiples applications sont venues motiver la recherche des plasmas créés par laser, vue la large gamme de densité-température accessible en laboratoire. On peut par exemple citer la microscopie X et la lithographie. De plus, le développement des lasers de puissance délivrant 2 des impulsions ultra-brèves (≤1 ps) dans la gamme du térawatt a ouvert la voie à de nouveaux axes de recherche. Dans ces domaines d'intensité relativiste (10 20 W/cm2), on peut accélérer des faisceaux intenses d'électrons et d'ions de forte énergie. Dans ces régimes, l'interaction laser-matière permet de produire des sources intenses et brèves de rayons X, γ et de neutrons, ce qui laisse présager des applications prometteuses dans le domaine médical, notamment pour le traitement des tumeurs.
• Observation of Laser Driven Supercritical Radiative Shock Precursors
  
  • Bouquet S.
  • Stéhlé C.
  • Koenig M.
  • Chièze J. -P.
  • Benuzzi-Mounaix A.
  • Batani D.
  • Leygnac S.
  • Fleury X.
  • Merdji H.
  • Michaut Claire
  • Thais F.
  • Grandjouan N.
  • Hall T.A.
  • Henry E.
  • Malka Victor
  • Lafon J.-P. J.
  Physical Review Letters, American Physical Society, 2004, 92 (22), pp.225001. We present a supercritical radiative shock experiment performed with the LULI nanosecond laser facility. Using targets filled with xenon gas at low pressure, the propagation of a strong shock with a radiative precursor is evidenced. The main measured shock quantities (electronic density and propagation velocity) are shown to be in good agreement with theory and numerical simulations. (10.1103/PhysRevLett.92.225001)
  DOI : 10.1103/PhysRevLett.92.225001
• Modeling of laser–plasma interaction on hydrodynamic scales: Physics development and comparison with experiments
  
  • Weber Sébastien J.
  • Riazuelo G.
  • Michel P.
  • Loubère R.
  • Walraet F.
  • Tikhonchuk V. T.
  • Malka Victor
  • Ovadia J.
  • Bonnaud G.
  Laser and Particle Beams, Cambridge University Press (CUP), 2004, 22 (2), pp.189-195. The forthcoming laser installations related to inertial confinement fusion, Laser Mégajoule (LMJ) (France) and National Ignition Facility (NIF) (USA), require multidimensional numerical simulation tools for interpreting current experimental data and to perform predictive modeling for future experiments. Simulations of macroscopic plasma volumes of the order of 1 mm^3 and laser exposure times of the order of hundreds of picoseconds are necessary. We present recent developments in the PARAX code towards this goal. The laser field is treated in a standard paraxial approximation in three dimensions. The plasma response is described by single-fluid, two-temperature, fully nonlinear hydrodynamical equations in the plane transverse to the laser propagation axis. The code also accounts for the dominant nonlocal transport terms in spectral form originating from a linearized solution to the Fokker–Planck equation. The simulations of interest are hohlraum plasmas in the case of indirect drive or the plasma corona for direct drive. Recent experimental results on plasma-induced smoothing of RPP laser beams are used to validate the code. (10.1017/S0263034604222157)
  DOI : 10.1017/S0263034604222157
• Equation d'état du fer comprimé par choc laser
  
  • Huser Gael
  , 2004. Cette thèse s'inscrit dans le cadre des recherches menées sur l'équation d'état de matériaux fortement comprimés. En particulier cette étude se focalise sur le cas du fer comprimé par choc laser. Le but est alors de se rapprocher des conditions du noyau terrestre, constitué d'une graine solide entourée de fer liquide. La compréhension des phénomènes décrivant la thermodynamique du noyau et le processus de géodynamo requiert la connaissance du lieu de la courbe de fusion du fer à l'interface solide-liquide du noyau à 3,3 Mbar. Plusieurs expériences ont été menées dans ce but. Dans un premier temps, une mesure absolue de l'Hugoniot du fer a été effectuée. Vient ensuite une étude des états en détente partielle du fer dans un matériau fenêtre, le fluorure de lithium (LiF). Cette configuration permet un accès direct aux propriétés optiques du fer comprimé (réflectivité et émission propre). La mesure de la vitesse d'interface, largement dépendante des propriétés optiques du LiF comprimé, sert de jauge de pression. A l'aide d'un diagnostic de réflectivité à deux longueurs d'onde, la conductivité électrique continue du fer comprimé a été estimée et se trouve être en bon accord avec les résultats annoncés par la littérature géophysique. Le diagnostic d'émission propre a quant à lui permis d'effectuer une mesure de la température du fer en détente partielle, mettant en évidence le changement d'état solide-liquide à des pressions de l'ordre du Mbar.
• Can chirp pulses be amplified in a parametric amplifier pumped by a spectrally multimode source?
  
  • Hugonnot E.
  • Somekh M.
  • Rouyer C.
  • Freysz E.
  Journal de Physique IV Proceedings, EDP Sciences, 2004, 119, pp.195-196. no abstract
• Generation of a double shock driven by laser.
  
  • Benuzzi-Mounaix A.
  • Koenig M.
  • Huser G.
  • Faral B.
  • Grandjouan N.
  • Batani D.
  • Henry E.
  • Tomasini M.
  • Hall T.A.
  • Guyot F.
  Physical Review E : Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics [2001-2015], American Physical Society, 2004, 70, pp.045401(R). The feasibility and reliability of a multiple laser shock generation to study the equation of state surface off the principal Hugoniot curve and to approach an isentropic compression has been demonstrated. The technique is based on the use of a double laser pulse. A strong shock was generated in iron targets precompressed by a first weak shock. The effect of precompression was studied. The experiment was performed at the Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers Intenses laboratory. (10.1103/PhysRevE.70.045401)
  DOI : 10.1103/PhysRevE.70.045401
• Ultrafast broadband laser plasma X-ray source for femtosecond time-resolved EXAFS
  
  • Forget Philippe
  • Dorchies F.
  • Kieffer J. C.
  • Peyrusse O.
  Chemical Physics, Elsevier, 2004, 299 (2-3), pp.259-263. no abstract
• Characterization of the new FX1 x-ray streak camera
  
  • Pitre V.
  • Magnan S.
  • Kieffer J. C.
  • Dorchies F.
  • Salin F.
  • Goulmy C.
  • Rebuffie J. C.
  , 2004, 5194, pp.115-122. no abstract
• X-ray line polarization of He-like Si satellite spectra in plasmas driven by high-intensity ultrashort pulsed lasers
  
  • Hakel Peter
  • Mancini Roberto C.
  • Gauthier Jean-Claude
  • Mínguez Emilio
  • Dubau Jacques
  • Cornille Marguerite
  Physical Review E, American Physical Society (APS), 2004, 69, pp.56405. We present a modeling study of x-ray line polarization in plasmas driven by high-intensity, ultrashort duration pulsed lasers. Electron kinetics simulations of these transient and nonequilibrium plasmas predict non-Maxwellian and anisotropic electron distribution functions. Under these conditions, the magnetic sublevels within fine structure levels can be unequally populated which leads to the emission of polarized lines. We have developed a time-dependent, collisional-radiative atomic kinetics model of magnetic sublevels to understand the underlying processes and mechanisms leading to the formation of polarized x-ray line emission in plasmas with anisotropic electron distribution functions. The electron distribution function consists of a thermal component extracted from hydrodynamic calculations and a beam component determined by PIC simulations of the laser-plasma interaction. We focus on the polarization properties of the He-like Si satellites of the L y<SUB>alpha</SUB> line, discuss the time evolution of polarized satellite spectra, and identify suitable polarization markers that are sensitive to the anisotropy of the electron distribution function and can be used for diagnostic applications. (10.1103/PhysRevE.69.056405)
  DOI : 10.1103/PhysRevE.69.056405
• Optical parametric chirped pulse amplification and spectral shaping of a continuum generated in a photonic band gap fiber
  
  • Hugonnot E.
  • Somekh M.
  • Villate D.
  • Salin F.
  • Freysz E.
  Optics Express, Optical Society of America - OSA Publishing, 2004, 12 (11), pp.2397-2403. no abstract
• Electron acceleration by surface plasma waves in the interaction between femtosecond laser pulses and sharp-edged overdense plasmas
  
  • Kupersztych J
  • Raynaud M
  • Riconda C
  Physics of Plasmas, American Institute of Physics, 2004. The relativistic acceleration of electrons by the field of surface plasma waves created in the interaction between ultrashort high-intensity laser pulses with sharp-edged overdense plasmas has been investigated. It is shown that the initial phase of the wave experienced by the electrons play a leading part by yielding a well-defined peaked structure in the energy distribution function. This study suggests that resonant excitation of surface plasma waves could result in quasi-monokinetic energetic electron bunches. When the space charge field becomes too strong, this mechanism can evolve toward a true absorption process of the surface wave energy via an enhanced ''vacuum heating'' mechanism generalized to the case of surface plasma waves. (10.1063/1.1650353͔)
  DOI : 10.1063/1.1650353͔