Impulsions X (et xuv) femtosecondes...
Transcript of Impulsions X (et xuv) femtosecondes...
Philippe Zeitoun et collaborateurs
Laboratoire d’Optique Appliquée, Palaiseau
Impulsions X (et xuv) femtosecondeset
applications
QUELQUES COLLABORATEURS…Laboratoire d’Optique AppliquéeF. Alahyane, L. Antonucci, Ph. Balcou, D. Boschetto, F. Burgy , S. Sebban, J.P. Goddet, J. Gautier, D. Douillet, G. Lambert, T. Lefrou, T. Martchenko, A.S. Morlens, E. Papalazarou, G. Rey, A. Rousse, J.P. Rousseau, K. ta Phuoc, A. Tafzi, C. Valentin
Laboratoire d’Interaction du rayonnement X avec la MatièreO. Guillbaud, G. Jamelot, S. Kazamias, A. Klisnick, J.C. Lagron, M. Pittman, D. Ros
Laboratoire Physique des Gaz et des PlasmasB. Cros, K. Cassou, G. Maynard
Laboratoire Charles Fabbry de l’Institut d’OptiqueF. Delmotte, D. Joyeux, D. Phalippou, M.F. Ravet, S. De Rossi
SOLEILM.E. Couprie, M. Idir, P. Mercère
Institute of Physics, PragueT. Mocek, B. Rus
Instituto Superior Tecnico, LisbonneM. Fajardo
Universidad Politecnica de MadridE. Oliva, P. Velarde-Mayol
CEA-SPAMM. Billon, B. Carré, D. Gauthier, M. Géléoc, O. Gobert, , H. Merdji H. Pérez, A. Ravasio
Imagine OpticsS. Bucourt, G. Dovillaire, X. Levecq
Uppsala University, SuèdeJ. Hajdu, F. Maia
Plan de la présentation
1- Présentation de quelques sources X femtosecondes• Harmoniques d’ordre élevé en phase gaz• Harmoniques d’ordre élevé sur solide• Laser X ASE et injecté• Bétatron• LEL plasmas• LEL SASE et injecté
2- Optique X et imagerie X femtoseconde• Miroirs X “classiques” et chirpés• Senseurs de front d’onde et optique active X• Holographie X, diffusion X et diffraction X
3- Matière à haute densité d’énergie• Création de plasmas par laser X• Diagnostics de plasmas
4- Physique du solide• Fluorescence• Fusion athermique• endomagement
5- Biologie• Imagerie de macro-molécules
LES HARMONIQUES D’ORDRE ÉLEVÉ (pour l’injection)
H43 H47 H49 H51 H53 H55 H57 H59 H61 H65 H71 H77 H83 H91H89
Δλ/λ ~ 10-218.6 nm 8.8 nm
Un spectre étendu en créneau
Un spectre continûment accordable (et simplement)
Nam et al. KAISTKazamias et al
INFLUENCE DU FRONT D’ONDE INFRAROUGE
SHACK-HARTMANN
miroir déformable
M1
M3
M5
f=1m
f=150mm
M2
M4
Senseur Hartmann IR
Senseur Hartmann XUV
Genérationd’harmoniques
IR
Gautier et al EPJD (2008)
Valentin et al. JOSA B (2008)
rms= O.47λ (@800 nm) rms= O.28λ (@32 nm)
OPTIQUE ACTIVE IR / XUV
Front IR résiduel Front XUV résiduel
rms = 0.14 λIR(attendu 0.05 λ) rms =0.13 λXUV
Front IR résiduel(coma)
Front XUV résiduel(astigmatisme à 45°)
ON PEUT CORRIGER UN PEU LE FRONT D’ONDE
Un algorithme génétique pourrait mieux corriger le front d’onde
ENERGIE ~ 1 µJ/impulsion
HARMONIQUES GÉNÉRÉES EN LONGUE FOCALE
H. MERDJI ET AL, CEA-SACLAY
CELLULE DE 10 cm
LENTILLE DE 7 m DE FOCALE
14 16 18 20 22 24 26 28 30 310
2
4
6
8
10
x 10-3
Ordre harmonique
Tens
ion
Phot
odio
de (V
) ArgonH 25 (32 nm)
45 35 25 15
Longueur d’onde (nm)
ω : effet Dopplerτ : nb de cycle est un invariant de Lorentz
GÉNÉRATION D’HARMONIQUES SUR SOLIDE
Facteur de compression relativiste:
γ=[1+(Iλ2/1.3×1018[Wcm-2])2/2]1/2
@λ=1,05 µmI=1019 Wcm-2; γ~6 ⇒ λ ≥ 7 nmI=1020 Wcm-2; γ~61⇒ λ ≥ 0,7Å
Dromey et al, Nature Physics, 2, 456, 2006
TOUT N’EST PAS SI SIMPLE…MAIS CA MARCHE BIEN
LA CIBLE DOIT ÊTRE UN MIROIR PARFAIT⇒ PAS DE PRÉ-IMPULSION, NI D’ASE (UN PLASMA EST CRÉÉ POUR I>1010 Wcm-2)
⇒ CIBLE POLIE OPTIQUE (TAUX DE RÉPÉTITION?)
⇒ DES INSTABILITÉS SONT INDUITES PAR LA FORCE PONDÉROMOTRICE
QUID DES QUALITÉS OPTIQUES? (COHÉRENCE, FRONT D’ONDE)
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
-100 -50 0 50 100
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
-100 -50 0 50 100
T=30 fs T~ 5 fs
LA LONGUEUR D’ONDE DE COUPURE DÉPEND FORTEMENT DE LA FORME TEMPORELLE DU LASER
⇒ VERS LE RÉGIME λ3
Seuil de création d’un plasma
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Un faisceau collimaté (1-10 mrad)
Faible cohérence spatiale (1/100 faisceau)
Grande monocromaticité δλ/λ: 10-5 - 10-4
LASERS XUV EN RÉGIME D’ASE
2 ps
tem
ps
10 mrad
Durée d’impulsion: 2-200 ps
A. Klisnick et al, Phys. Rev. A 65 (2002) 033810
S . Sebban et al, Phys. Rev. A 61, 4 (2000)
B. Rus et al, Phys. Rev. A 55, 3858 (1997)
Energie par impulsion 0.1-10 mJCircularly polarized ultra short laser pulse Gas cell
X-ray laser(2J- 20 fs)
1J ns /psà
1kJ/ns
HHG cellToroidal mirrorDelay line
1 J, 30 fs
XRL amplifier
Al filter
20 mJ, 30 fs
XRL laser beam
λ/4
λXRL
λXRL
To diagnostics
SCHEMATIC DESCRIPTION OF THE SEEDING EXPERIMENT
Ph. Zeitoun et al, Nature 2003
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 100 200 300 400 500 600 700 800
XRL line
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 100 200 300 400 500 600 700 800
HHG +XRLnon synchronized
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Amplified harmonic
Wavelength
Nature, Vol 431, 09/2004, pp. 466Amplification factor from 15 to 600, routinely achieved.
EVIDENCE OF STRONG AMPLIFICATION
MAJOR ISSUES TO BE SOLVED
1- beam divergence, energy distribution
2 - beam polarisation, tunability
200
400
600
800
50 100 150 200 250 300 350polarization angle (deg)
inte
nsity
(a. u
.)
amplified HHGHHG
3 - spatial coherence
4 - wave front
5- pulse duration
Sources (SXRL, HHG, seeded SXRL)
Double slit spacing(100, 200, 300 µm)
45° mirror CCD
DOUBLE YOUNG’S SLIT EXPERIMENT
3 m
~1.5 m
Oscillator(HHG)
ASE Amplifier
Seeded soft x-ray
laser
100 µm 200 µm 300 µm
AMPLIFICATION INCREASE THE SEED COHERENCE
Wave Front HHG seul (100 tirs)
Seeded XRL wave front
-6 -4 -2 0 2 4 6
-6
-4
-2
0
2
4
6 -0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50-0.2
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
HHG AND SEEDED X-RAY LASER WAVE FRONTS
-0.2
-0.25
0
High Harmonics wave front after the toroidal mirror
10 mm 5 mm
5 mm
Wav
e (λ
)
rms=0.05λrms=0.29λ
HHG beamAmplified beam
amplifier
X-RAY LASER AMPLIFIER IS AN ACTIVE SPATIAL FILTER
20 40 60 80 100 120
20
40
60
80
100
120
J. Ph. Goddet et al, Opt. Lett. 32, 11, pp. 1498-1500 (2007)
Schéma classique (barreau)
1 cm
20 µm50 µm
(40% amplificateur)
S = 4×10-6 cm-2 ⇒ Esat~80 nJ S = 5×10-4 cm-2 ⇒ Esat~ 10µJ
L’efficacité de pompage est accrue (×50)La géométrie “slab” réduit l’ASE (effet géométrique)On peut atteindre 0.1 mJ (10×Esat)
Nouveau schéma (slab)
1-2 mm50 µm
1 mm
Fsat ~ 20 mJ/cm2
UTILISER UN LASER À SOLIDE PLUTÔT QU’UN LASER À GAZ.
COMMENT EXTRAIRE DE L’ÉNERGIE D’UN PLASMA
Harmonique Harmonique
Kevin Cassou et al, Phys. Rev. A, 74, 4 (2006 )
X 1,000
X 10
10 nJ, 20 fs
10 µJ
0.1 mJ
0.1x0.05*2 mm3
1x0.05*1mm3
VERS UNE CHAINE D’AMPLIFICATION XUV
Tache focale de 0.1 µm, durée 100 fs ⇒ I=1019 Wcm-2
Harmonique
Projet européen NEST-TUIXS.
Le faisceau de rayons X produit est collimaté si :
- les électrons sont relativistes, - le mouvement est principalement longitudinal,- la vitesse et l’accélération sont perpendiculaires
LE RAYONNEMENT SYNCHROTRON
θ
Θ∝1/γ2
LES PROPRIÉTÉS OPTIQUES DU BÉTATRON
- UN FAISCEAU COLLIMATÉ
- UNE PETITE SOURCE
R. Shah, Phys. Rev. E, 2006
LES CARACTÉRISTIQUES SPECTRALES DU BÉTATRON
~ 104-105 photons/impulsion/1% BW~ 109 photons/impulsion (intégré jusqu’à 10 keV)
Un spectre “blanc”…
http://www-hasylab.desy.de/facility/fel/overview/basics/sasefel.htm
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λph=λu(1+K2)/2γ2
λu: pas onduleur
γ: facteur de Lorentz
K= 0,094 λu(mm) Bu(T)
PRINCIPE D’UN LASER À ÉLECTRONS LIBRES
distance
ln(I)
Effet de macro-bunching (simulation PIC)
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FLASH: LE PREMIER LEL XUV (6 ET 30 nm)
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FLASH FONCTIONNE EN RÉGIME D’ASE (SASE)
rms λ/8
Shot 127Shot 125
Shot 130
rms λ/8rms λ/3
Shot 130
LE SPECTRE EST INHOMOGÈNE ET L’IMPULSION EST MICRO-STRUCTURÉE
(PAS EN LIMITE DE FOURIER)
LE FRONT D’ONDE EST INSTABLE
HarmoniquesλHHG=λph
injecté
SASE
Laser visible: L. H. Yu, Science 2000, L. H. Yu, PRL 2003
Harmonique: G. Lambert et al, Nature, 889, 2008
INJECTION D’UN LASER OU D’HARMONIQUES DANS UN LEL
E=150 MeVλu=15 mm
K=1.3λph=160 nm (H5)
Miroir SiC
IR and harmonics
Ti: Sa laser
Undulator section 1
Gas cell
e-
Electron source
Magnetic chicane
λ
Undulator section 2
CCD camera
Flat mirror
Grating
HHG
EXPÉRIENCE D’INJECTION D’HARMONIQUES SUR LEL
G. Lambert et al, Nature, 2008
162161160159 163
0.8
0.6
0.4
0.2
2 4 6 8
Inte
nsity
(a. u
.)
λ (nm)
Seeded(single shot)
HHG x500(single shot)
Unseeded x2600
(averaged 10 times)
Seeded
HHG
Unseeded
0
AMPLIFICATION:× 2 600 / ASE× 500 / HHG
DURÉE:τ ~ 50 fs (estimée)τ ~ 1 ps ASEτ ~ 50 fs (HHG)
SPECTRE:λ = 161.44 ± 0.12 nm rms
(Injec.)λ = 161.33 ± 0.23 nm rms (ASE)
H2 (80 nm) et H3 (53 nm) ont étéfortement amplifiés
FORTE AMPLIFICATION AVEC 1 ONDULEUR
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EURO-XFEL ÉMETTERA VERS 0.1 Å EN 2013
2.5 km
0.5 km
1- Présentation de quelques sources X femtosecondes
2- Optique X et imagerie X femtoseconde• Miroirs X “classiques” et chirpés• Senseurs de front d’onde et optique active X• Holographie X, diffusion X et diffraction X
3- Matière à haute densité d’énergie
4- Physique du solide
5- Biologie
L
Hole arrayXUV CCDcamera
y
x z
Ref
eren
ce fl
at w
ave
fron
t
Reference spot centroid position
Δy (Δx)Φy(x)
Abe
rrat
ed w
avef
ront
Aberrated spot centroid position
Φy = Δy/LΦx = Δx/L
Figure de Hartmann
PRINCIPE D’UN SENSEUR DE FRONT D’ONDE «HARTMANN»
P. Mercère et al, Opt. Lett. 2001
performance: λEUV/130 rms @13 nm
10 ps Nd:YLFheats and ablates sample
FLASH at 13.5 nmprovides 40 fs probe
Sample: 200nm Si on 100nm Si3N4
• graded ML coated mirror• hole removes unscattered FLASH beam
Klaus Sokolowski-Tinten (Essen)
DIFFUSION COHÉRENTE XUV
-10 ps 15 ps 40 ps 140 ps
340 ps 840 ps 1.1 ns 1.35 ns
1.85 ns 4.5 ns ∞
EVOLUTION TEMPORELLE DE L’ÉCHANTILLON EXCITÉ
340 ps
• Ripples are LIPSS• Measured 305 nm• Theory:
• Surface waves
Λ = λ 1+ sinθ( )λ = 527 nm; θ = 47Þ
⇒ Λ = 304 nm
Ablated regionWavesLiquid
MÉCANISMES DE FUSION DE LA SURFACE
• Initial calculations show ~150 nm waves
DIFFRACTION XUV MONO-TIR À 32 nm À FLASH
Image brute
Image reconstruiteE~20 µJ, 50 fs, focalisé sur 20 µm
Réalisé par FIB : A. Madouri, J. Gierak, D. Mailly LPN MarcoussisReconstruction :
F. Maia/J. Hajdu (Uppsala/Stanford)
DIFFRACTION XUV « MONO-TIR » AVEC DES HARMONIQUES
RÉSOLUTION ~ 150 nm
2 µm
H. MERDJI et al, CEA
HOLOGRAPHIE HORS-AXE AVEC FILTRAGE SPATIAL
λ =1.59 nm
Seuil d’absorption L3 du Co
Polarisation circulaire
S. Eisebitt et al, Nature, 432 (2004)
Résolution : 50 nmCo/Pt
Résolution théorique
N.A.=0.037
Rl=520 nm
Expérience
Rl=610 nm
IMAGE D’UNE POINTE D’AFM
IMAGE BRUTE
RECONSTRUITE
Images de phase et d’amplitude
MONOCHROMATIQUE
LARGE BANDE (12 nm)
POLYCHROMATIQUE(4 HARMONIQUES)
0.5 µm
Imag
es re
c ons
t ruite
s
HOLOGRAPHIE MONO- À POLYCHROMATIQUEin
terfé
rog r
ames
bru
tes
2*[B4C/Mo/Si] +4*[B4C/Mo/Si]
12.5 nm
R ≈ 15 à 20 %
10 20 30 400,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
Réf
lect
ivity
Wavelength (nm)
ExperimentalTheoriticalfit
d1Substrat
2*
4*
d2
UN TRAITEMENT MULTICOUCHE LARGE BANDE
J. Gautier, et al Appl. Opt. 44, 384-390 (2005)F. Delmotte, et al Proceedings of SPIE -- Volume 5963 (Oct. 5, 2005)
Résolution spatiale =840 nm
5 harmoniques ΔT~350 as
Image brute
Image reconstruite
DÉMONSTRATION DE L’HOLOGRAPHIE ATTOSECONDE
1- Présentation de quelques sources X femtosecondes
2- Optique X et imagerie X femtoseconde
3- Matière à haute densité d’énergie• Création de plasmas par laser X• Diagnostics de plasmas
4- Physique du solide
5- Biologie
classical plasma
dense plasma
high densitymatter
Γ = 1
Γ = 10
Γ = 100
Density ( g/cm3)
103
104
101
102
102 10410010-4 10-2 1
LA MATIÈRE DENSE ET TIÈDE (warm dense matter)
QuickTime™ et undécompresseur TIFF (non compressé)
sont requis pour visionner cette image.
HIPER
Intérieurs des planètes géantes
10-3
10-2
10-1
100
101
102
103
104
Tem
pera
ture
(eV
)
1 10 100 1000Averaged Density (g/cc)
BeDT
WDM
Γ: rapport entre l’énergie d’interaction et l’énergie cinétique
Γ∝Z2e2ρ1/3/TWDM: matière très dégénérée
⇒ propriétés physiques sont méconnues,⇒ difficile à produire en labo
Fusion : énergie du 21ème Siècle
7700 GPaqq eV
T (e
V)
Mg Al Si
10 eV
10nsolide
Laser X :1013 Wcm-2
0.1 mJ100 ps13 nm
UN LASER X/XUV PEUT CRÉER DE LA « WDM »
Te (eV)50
ne (cm-3)
1023
1022
1021Laser X
Tem
ps (p
s)
0
50
-20
25
0
M. Fajardo, P. Zeitoun, J.-C. Gauthier Eur. J. of Phys. D, 29,1, p69 (2004)
LES DIAGNOSTICS DE PLASMA PAR SOURCES X FEMTO
IMAGERIE INCOHÉRENTE
IMAGERIE COHÉRENTE
PHYSIQUE ATOMIQUE
Photo-pompage,
Spectroscopie d’absorption
Redistribution de fréquence
Diffusion Thomson X
THÉORIE EXPÉRIENCEImagerie en contraste de phase,Imagerie au seuil d’absorptions
Interférométrie,Holographie,Mesure d’indices optiques
1- Présentation de quelques sources X femtosecondes
2- Optique X et imagerie X femtoseconde
3- Matière à haute densité d’énergie
4- Physique du solide• Fusion athermique• Phonons cohérents• Ablation femtoseconde• Fluorescence
5- Biologie
Wavelength (nm)300 400 500 600
Inte
nsi ty
(a.u
.)
0
50
100
150
200
700 800 900200
Comparison of spectra obtained on DCI or with an XRL
1013 ph/sec/cm2
550 nm band
X-ray laser; 58 eV
1013 ph/pulse/cm2
The high XRL intensity has created a new band due to the presence of localized defects
DCI; 10 keV
LUMINESCENCE WITH AN ULTRA-FAST EXCITING LIGHT
800 nm36 mJ1 kHz40 fs
Ar40 mbar
1.8 mJHollow fibreΦ = 200 µmL = 4cm
Flat grating155,47 l/mm
Suppression ofthe Zero order
crystal
PM
Toroidalmirror
slit
PM VUV
Visible PM
A. Belsky and collaborators, CELIA - France
Fluo
resc
ence
inte
nsity
(a.u
.)
100
101
104
103
102
105
time (ns)8 10
synchrotron
HHG
12 14 16 18 20
Dynamics of the luminescence of a Ba crystalexcited by a synchrotron light or HHG
pulse width
100*I
Ba is normally an Auger free luminescence crystal
I
… INITIALEMENT APPLIQUÉE À LA PHYSIQUE DES SOLIDES
Laser fs (mJ, kHz)
Cristal torique
Source Xkα
échantillon
CCD
.
1.05
1.00
0.95
0.90
0.85
0.80Nor
m. i
nteg
r. in
tens
ity
6543210-1Delay (ps)
Fusion athermiquede l’InSb
F = 0.05 J/cm Δ t=1.2 ps2
F = 0.1 J/cm Δt=500 fs2
F = 0.2 J/cm Δt=350 fs2
Laser fs (mJ, kHz)
• A. Rousse et al, Phys. Rev. E 50 (3) 2200 (94)
C. Rischel et al, Nature 390 490 (97)
A. Rousse et al, Nature 410 (6824) 65 (2001)
… ELLE PERMET DE MESURER DES IMPULSIONS X FEMTO
La durée du “bétatron” est inférieure à 100 fs (25 fs théorie)
EXCITATION COHÉRENTE DES PHONONS OPTIQUES
Miroir multicouche B4C/Mo/Si
cellule degaz
retard
photodiode
Bi(111)
f =1.5 m
Ti:Sapphire1kHz, 35fs,
10mJ/impulsion
Pompe
Sonde
Enceinte expérimentale
zx
XUV camera
f =1 mfiltre Al
réseau XUV
filtre Al
Mirror XUV
F= 6 mJ/cm2
ΔR(t)R
= AΘ(t) + Bexp(−t /τ ph )cos(ω0t + φ)
TF
~1.73 THz~1.73 THz 2.92 THz
Papalazarou et al., Appl. Phys. Lett. 93, 041114 (2008)
Oscillation cohérentedes phonons
Modification du potentielinteratomique
Mode de vibration A1g
OBSERVATION DES PHONONS COHÉRENTS
Bismuth
Soutenance de thèse au LOA le 16 octobre
ABLATION PAR FAISCEAU XUV FEMTOSECONDES
argon
Harmoniques
Al
Echantillon (PMMA)
Hartmann
IR
Collaboration Libor Juha, J. Chalupský, V. Hájková, V. Vorlíček
Institute of Physics, Czech Republic
Parabole hors axe
rms ��λEUV
Front d’onde Tache focale calculée
Tache focale ≈ 2*4 µm2 à1/e2
ESTIMATION IN-SITU ET EX-SITU DE LA TACHE FOCALE
Image AFM post-mortem
I~1011 Wcm-2
1- Présentation de quelques sources X femtosecondes
2- Optique X et imagerie X femtoseconde
3- Matière à haute densité d’énergie
4- Physique du solide
5- Biologie• Imagerie de macro-molécules
DIFFRACTION X DE MACROMOLÉCULES BIOLOGIQUES (SUR XFEL)
12 keV, 0.1 nm de tache focale,1012 photons, 2 fs
Selon les théories actuelles, la molécule survit 4 fs …!
Lyzoyme (virus, protéine)
Neutze et al, Nature 2001
DEUX PETITES REMARQUES
LE LASER À ÉLECTRONS LIBRES « FLASH » PRODUIT BEAUCOUP DE RÉSULTATS À FORT IMPACT CAR
1) IL EST « VISIBLE » DONC ATTRACTIF
2) L’INSTALLATION EST DÉDIÉE À LA PRODUCTION ET L’UTILISATION DES RAYONS X FEMTOSECONDES
UNE NOUVELLE INSTALLATION AU LOA POUR DES EXPÉRIENCES INÉDITES
EXCITER (RAYONS X, ÉLECTRONS, PROTONS) PUIS SONDER (RX, HARMONIQUES)
CONCLUSION
1] UNE GRANDE DIVERSITÉ DE SOURCES XUV À X (50 nm à 0.1 Å)
De nombreuses applications démontrées mais peu poursuivies⇒ Besoin de centre(s) dédié(s) sur les sources secondaires
2] LES LASERS À ÉLECTRONS LIBRES VONT TIRER NOTRE COMMUNAUTÉMAIS
- Le cout, - le faible temps de faisceau, - certains problèmes intrinsèques (jitter, mode sase)
laissent une place certaines aux sources par laser.
3] LE PROJET « E.L.I. » POURRAIT CATALYSER LES DÉVELOPEMENTS EFFECTUÉS SES 10 DERNIIÈRES ANNÉES.(www.eli-laser.eu)
http: //hasylab.desy.de/facilities/xfel_project/index_eng http://www.newlightsource.org/http://flash.desy.de/photon_science/. http://arcenciel.synchrotron.fr/portal/page/portal/Arc-En-Ciel/
Perfect diffracted wave front
diffraction pattern fromµm pinhole
Hartmann Calibration at 32 nmCALIBRATION D’UN SENSEUR DE FRONT D’ONDE
P. Mercère et al, Opt. Lett. 2001
λEUV/130 rms @13 nm obtenu avec un trou de 0.1 µm de diamètre
λEUV/6 rms , 0.8 λEUV PV5.44 nm rms, 25 nm PV
λIR/9 rms 88 nm rms
HHG Wave front measurement
IR beam EUV beam
20 25 30 35 40 45 50
-0.2
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
WF @ 20 mbar20 25 30 35 40 45 50
-0.2
-0.2
-0.1
-0.1
-0.0
0
0.05
0.1
0.15
0.2
WF @ 40 mbar
RMS=0.064
PV=0.489
RMS =0.097
PV=0.505
1
0.8
0.65
0.510 20 30 40
Mea
n di
amet
er (µ
m)
ellip
ticity
Gas pressure (mbar)
50
30
10
70
Spatial filtering vs XRL amplifier gas pressure
Avec un trou de 5 µm
Répétabilité Sensitivité
λEUV/80 rms , λEUV/12 PV0.4 nm rms, 2.6 nm PV
Déplacement du trou de 10 µm
Linéarité meilleure que 0.5 % dans une plage de +/- 100 μm
1.0
0.5
0.0
-0.5
-1.0Erre
ur d
e m
esur
e (
μ m)
3002001000-100-200 Déplacement du point source ( μm)
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
FO ré
sidu
el (n
m)
15:001/01/04
16:00 17:00
Heure de mesure
0,4
0,2
0,3
0,1
FO ré
sidu
el (n
m)
Heure de mesure
-200 -100 0 200100 300
Déplacement du point source (µm)15:00 16:00 17:00
Erre
ur d
e m
esur
e (µ
m)
-1.0
1.0
0
0.5
-0.5
CALIBRATION DU SENSEUR DE FRONT D’ONDE
λEUV/130 rms @13 nm obtenu avec un meilleur filtrage spatial
Jet de gaz => HHG
Miroir torique
Detection
Jet d’hélium(N> 1019 at/cm3)
2nd harmonic pulse
Spectromètre
160 mJ
~ 1 mJ
UHI10 (800nm, 60fs)
MESURE DE DENSITÉ PAR INTERFÉROMÉTRIE SPECTRALE
Δt est fixe car défini l’interfrangeLe délai τ est variable
1st harmonic pulsePlasma
τ
Laser IR
Δt
-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
Δi/i
Delay
τ (fs)
Time-resolved electron density measurement
P. Salières et al. PRL 83, 5483 (1999)
• Ultrashort resolution ~ 200 fs• ne(t) → ne max=7.1019 e-/cm3
J.F. Hergott et al. Las. Part. Beams 19, 35 (2001)
-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800
0
2
4
6
8
10
τ = 0
τ < 0
τ > 0
dens
ity
(101
9e-
/cm
3 )
Delay (fs)
Pompe-sonde délais τ (fs)0-700 700
λ(nm)
73
wavelength (nm)
200 500300 400 600 700 800
Inte
nsity
(a.
u.)
230
430
330
280
380 2×109 photons.cm-2
CsI
Slow bands (µs)
Fast bands (ns)
First observation of direct quenching due to the high intensity
7×109 photons.cm-2
2×1011 photons.cm-2
P. Jaeglé et al, J. Appl.Phys.81, 2406 (1997)
Collisional excitationby hot electrons, E>105 eV
Collisional excitationby hot electrons, E>145 eV
Pd-like ground state (4d10)
Pd-like xenon
1P1
3P1
1S0
4d95p
4d95d
4d95f
4d94f
3D1
1P1
3D1
167.
6 Å
165.
3 Å
161.
9 Å
96.3
Å98
.1 Å
143.
6 Å
120.
1 Å
Rh-like ground state (4d9)
1P1
3P1
99.1
Å
418 Å
1S0
1P1
3D1
3P1
Ni-like ground state (1s22s23p63s23p63d10)
3d94p
3d94d
3d95f3d94f
1P1
3D1
114.
9 Å
65.9
Å
66.3
Å
76.8
Å76
.3 Å
75.4
Å
Co-like ground state (1s22s23p63s23p63d9)
326 Å
Ni-like krypton
115.
7 Å
1P13P1
1P1
3D13D1
117.
7 Å
SCHÉMA DE POMPAGE D’UN LASER XUV
Collisional excitationby hot electrons, E>105 eV
Collisional excitationby hot electrons, E>145 eV