Optimiser les lasers à rayons X par couplages spatio-temporel

Les sources de rayons X par interaction laser-plasma suscitent un intérêt grandissant du fait des nombreuses applications qu’elles permettent d’envisager, que ce soit en matière médicale, industrielle ou encore en recherche fondamentale.

Parmi le large éventail de sources possibles, les lasers à rayons X offrent la possibilité de produire des faisceaux intenses et cohérents de taille relativement compacte. Le principe est simple : un faisceau laser infra-rouge de haute intensité est focalisé dans un gaz. L’interaction entre le laser et le gaz produit un plasma dont l’état permet l’amplification de rayons X. Ces derniers se propagent à une vitesse proche de celle de la lumière, tandis que le laser générateur est ralenti par le plasma. Il se produit alors un déphasage entre les rayons X et le laser, amenant à la perte d’une bonne partie de l’effet amplificateur.

Dans un article publié en mars 2023 dans Nature Photonics, une équipe du LOA (unité mixte de recherche CNRS, ENSTA Paris – Institut Polytechnique de Paris, École polytechnique – Institut Polytechnique de Paris), en collaboration avec des chercheurs de Madrid et de Prague, a démontré pour la première fois la capacité de corriger ce déphasage en contrôlant, grâce à des couplages spatio-temporels, la vitesse de groupe d’une impulsion laser pour la maintenir synchronisée avec l’impulsion X.

Cette méthode consiste à focaliser de façon différentielle les différentes composantes du spectre du laser infra-rouge afin de compenser la dispersion du plasma, surmontant ainsi certaines limitations fondamentales.

Cette technique de compensation de la dispersion dessine des perspectives prometteuses pour de nombreuses applications nécessitant de contrôler et d'adapter la vitesse d'un laser intense dans un plasma sur des longueurs centimétriques.