Panorama des sources laser à électrons libres

Panorama des sources laser à électrons libres

 Marie Emmanuelle Couprie

Synchrotron SOLEIL, Saint-Aubin, 91 192 Gif-sur-Yvette, France

Plus de cinquante années après la découverte des lasers, les sources de lumière allant de l’infra-rouge aux rayons X sont largement développées de par le monde. Parmi elles, les sources sur accélérateur de particules ont connu un développement spectaculaire. Elles tirent bénéfice du rayonnement synchrotron émis par les particules chargées relativistes dans des aimants de courbure ou dans des « onduleurs », créant un champ magnétique périodique permanent. L’émission produite par les électrons issu des périodes successives de l’onduleur peut interférer constructivement, conduisant à un spectre de raies étroites et intenses, donc à une grande intensité et pureté spectrale. La cohérence spatiale résulte de l‘emploi de faisceaux d’électrons de faible émittance, permettant de prévenir un élargissement spectral. Dans le cas du laser à électrons libres (LEL), la cohérence longitudinale résulte de la mise en phase des électrons émetteurs. Un échange d’énergie entre les électrons et une onde de lumière (émission spontanée ou seed externe) dans un onduleur conduit à un groupement en micropaquets, et à une amplification ultérieure de la lumière. Après l’introduction des étapes historiques majeures du développement du laser à électrons libres, le panorama actuel de ces sources de haute brillance présentant des impulsions ultra-courtes sera dressé. Les progrès récents en termes de manipulation des propriétés seront illustrés, comme le fonctionnement à deux couleurs, l’obtention d’impulsions attoseconde par exemple. L’arrivée de ces sources cohérentes et intenses dans le domaine X depuis une dizaine d’année est au cœur d’une révolution scientifique, permettant d’ appréhender les propriétés structurales et dynamiques de la matière, d’explorer de nouveaux champs d’investigation pour les phénomènes ultra-courts, la matière dans des conditions extrêmes. Les perspectives à plus long terme visant à remplacer des composants constitutifs majeurs comme l’accélérateur par des concepts émergents, comme l’accélération laser plasma seront introduits. Les travaux en cours visent pour le moment à qualifier ces nouveaux concepts d’accélération par l’application laser à électrons libres.

Pour plus d'informations : fabrice.thalmann(a)ics-cnrs.unistra.fr