Optimiser des équipements de très haute performance

LIDEX

Des lasers ultrabrefs pour comprendre les phénomènes ultrarapides

 

Optimiser les lasers ultrabrefs dans le domaine ultraviolet extrême

La lumière est un des moyens les plus efficaces pour explorer la matière. Pour comprendre les phénomènes les plus rapides, il faut des lasers puissants délivrant des impulsions de lumière extrêmement courtes. Le projet OPT 2X vise à doter la communauté scientifique non seulement des meilleurs lasers ultrabrefs dans le domaine ultraviolet extrême (dont la longueur d’onde est comprise entre 1 et 100 nanomètres), mais également de toute l’instrumentation nécessaire pour transporter et contrôler cette lumière laser. Il développera également les travaux théoriques nécessaires, par exemple les simulations à trois dimensions des impulsions laser.

Plus généralement, l’objectif d’OPT2X est de structurer l’offre scientifique et technique autour des lasers ultrabrefs, en constituant un groupe technique et scientifique capable de concevoir, fabriquer et optimiser des faisceaux lasers ultrarapides dans le domaine ultraviolet extrême. Dans un premier temps, le projet consistera à fabriquer et améliorer les équipements : miroirs multicouches, détecteurs, filtres, polariseurs, monochromateurs, capteurs de front d’onde, etc.

 

Comprendre les événements physiques, chimiques et biologiques ultrarapides

Les réactions chimiques ont lieu durant des temps extrêmement courts. Après une perturbation, les électrons se réarrangent au sein des molécules en quelques milliardièmes de milliardième de seconde (ou attosecondes), tandis que les atomes ou groupes d’atomes se réorganisent en quelques femtosecondes (milliardièmes de microseconde). Pour comprendre les réactions chimiques, ou mieux encore, les contrôler, les scientifiques ont besoin de lasers délivrant des impulsions lumineuses ultrabrèves et suffisamment énergétiques pour éjecter des électrons, donc dans l’ultraviolet extrême juste avant les rayons X.

Dans ces recherches sur les phénomènes ultrabrefs concernent de nombreuses disciplines : chimie, biochimie, matériaux, plasmas… En biochimie par exemple, ces lasers aident à comprendre comment la molécule d’ADN répond aux rayonnements ionisants utilisés lors de traitements contre le cancer. En physique, ils permettent de créer et étudier des plasmas chauds et denses.

 

Les atouts OPT2X

L’environnement scientifique sur le Campus Paris- Saclay est idéal pour créer un centre d’excellence sur les lasers ultrabrefs. Là existent déjà de nombreux laboratoires spécialisés dans les lumières brèves et intenses, et regroupés dans des plateformes comme Laserix ou au sein de projets nationaux comme nationaux comme Cilex ou Attolab. Plusieurs lasers ultrabrefs sont déjà à disposition des chercheurs au Laboratoire d’optique appliquée (LOA ) à l’Ecole polytechnique, au Laboratoire de physique des gaz et des plasmas (LPGP) de l’université Paris-Sud, ou au Service des photons, atomes et molécules (SPA M) du Commissariat à l’énergie atomique.

Les utilisateurs potentiels sont également nombreux : à l’Université Paris- Saclay, la communauté des chercheurs experts des lasers ultraviolets ultrabrefs dépasse aujourd’hui 100 personnes. Des liens très forts existent également avec les industriels d’Île-de-France spécialisés en instrumentation, comme Thales Optronics, Horiba-Jobin-Yvon, SAGE M-REOS C, Amplitude Technologies, Fastlite, Coherent France, Eotech, et Imagine Optics. Ces collaborations seront renforcées car elles sont indispensables au développement scientifique des lasers et de leurs équipements.

 

Mémento

La durée des impulsions des meilleurs lasers scientifiques aujourd’hui est si incroyablement courte qu’elle est difficile à concevoir. Dans les lasers picosconde, l’impulsion dure quelques milliardièmes de milliseconde, soit 10-12 secondes, la lumière (qui se propage à la vitesse de 300 000 kilomètres par seconde) a ainsi le temps de parcourir moins d’un millimètre. Avec un laser femtoseconde (10-15 secondes), l’impulsion ne parcourt qu’un micromètre. Enfin, les lasers les plus perfectionnés, capables de produire des impulsions de quelques dizaines d’attosecondes (10-18 s) défient l’imagination : les impulsions ne parcourent que quelques milliardièmes de mètres, soit la taille de quelques dizaines d’atomes. Une autre manière de concevoir la brièveté de ces impulsions lasers est de réaliser qu’il y a plus d’attosecondes dans une seule seconde que de secondes depuis la création de l’univers !