Description du sujet de thèse

Les accélérateurs laser-plasma peuvent générer des champs électriques de plusieurs centaines de GV/m, soit mille fois plus grands que ceux des accélérateurs radiofréquence conventionnels. Ils peuvent ainsi produire des électrons de haute énergie sur des distances extrêmement courtes. L'énergie maximale de ces accélérateurs, appelés accélérateurs à sillage, est finalement limitée par le déphasage entre le faisceau d'électrons et le champ accélérateur, généré par les ondes de plasma. Ce déphasage provient de la différence de vitesse entre les particules accélérées, qui atteignent rapidement presque la vitesse de la lumière dans le vide, et l'impulsion laser motrice qui ralentit dans les plasmas. Cette limitation pourrait, en principe, être supprimée en contrôlant la vitesse des ondes de plasma accélératrices, ce qui nécessite que l'impulsion laser se propage dans le vide à une vitesse superluminique (plus grand que c). Nous avons récemment produit une telle impulsion expérimentalement, en utilisant un faisceau laser de Bessel ayant des couplages spatiotemporels, et avons montré numériquement qu'elle pourrait augmenter considérablement l'énergie des électrons produits par accélération laser-plasma. Cependant, de nombreuses questions restent ouvertes : comment injecter des électrons dans un tel accélérateur, ou comment s'assurer que le laser conserve ses propriétés spéciales dans le plasma sur de longues distances, et quelle est l'efficacité énergétique de cet accélérateur ? Le projet vise à étudier numériquement et théoriquement ce nouveau schéma d'accélération.

Contexte de travail

La thèse se déroulera au Laboratoire d'Optique Appliquée (LOA) à Palaiseau.
Membre de l'Institut Polytechnique de Paris (IP-Paris), le Laboratoire d'Optique Appliquée joue un rôle pionnier dans les domaines de l'interaction laser-matière et de la physique des plasmas depuis plus de 30 ans. Ses recherches couvrent un large spectre de sujets en science des lasers ultrarapides, notamment le développement de systèmes laser femtoseconde ultra-intenses, la physique de la filamentation laser dans l'air et la réalisation de sources compactes de rayonnement et de particules énergétiques ultrarapides pour des applications sociétales, académiques et industrielles.

Ce doctorat est financé par une bourse Marie Curie, qui comprend deux stages de deux semaines chacun à DESY en Allemagne.