Description du sujet de thèse

Le groupe d'interactions laser-électrons (ILE) développe des cavités optiques résonantes Fabry-Perot pour la production de rayonnement X ou gamma par interaction Compton de lasers de fortes puissance moyenne avec des paquets d'électrons accélérés. Une source de rayonnement X (d'énergie maximale de 45keV), ThomX, est en fonctionnement à l'IJCLab. Un des objectifs est de stocker plusieurs centaines de kW dans la cavité Fabry-Perot pour produire quelques 10^12 photons X par seconde. L'installation du système optique dans l'accélérateur a eu lieu et de premiers résultats ont été obtenus (50kW), il s'agit maintenant d'améliorer les performances pour atteindre l'objectif de 300kW en visant un fonctionnement stable sur une journée. Pour de telles puissances stockées la très faible absorption résiduelle dans les traitements de surface des miroirs de haute réflectivité suffit à créer un échauffement des miroirs et une déformation de la surface réfléchissante qui induit une modification substantielle du mode de la cavité optique et l'apparition de dégénérescences du mode fondamental avec des modes d'ordre supérieurs. Un mécanisme pour induire des pertes importantes sur ces modes d'ordre supérieurs est mis en oeuvre de sorte à pouvoir opérer le système laser correctement. D'autres instabilités, comme les couplages paramétriques entre les modes optiques et les modes acoustiques des miroirs observés par LIGO, pourront être étudiés.
L'étudiant(e), lors de son arrivée dans le groupe au cours de son stage et au début de sa thèse participera à l'opération de l'ensemble du système laser dans l'accélérateur ThomX. Il pourra participer à l'optimisation de l'interaction entre les faisceaux d'électrons et le laser, et de manière plus générale à l'optimisation du fonctionnement de la machine pour atteindre les performances attendues ou au-delà. Il participera aussi à l'étude des instabilités modales intra-cavité qui limitent les performances des cavités optiques soumises à de très fortes puissances moyennes.
Pour compléter ce travail expérimental, l'étudiant contribuera de manière importante à la mise en oeuvre de la R&D pour améliorer les performances de ces systèmes réalisés à l'IJCLab. Le groupe est ainsi impliqué dans plusieurs projets connexe (GammaFactory au CERN, cavité compacte GHz en mode burst pour des sources industrielles de rayonnement par interaction Compton) en lien avec l'industrie.
Références :
http://cds.cern.ch/record/2690736/files/SPSC-I-253.pdf
https://thomx.lal.in2p3.fr
https://doi.org/10.1103/PhysRevAccelBeams.25.101601
https://doi.org/10.1364/AO.59.000116

Contexte de travail

Le laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie est un laboratoire de physique des deux infinis sous tutelle du CNRS, de l'université Paris-Saclay et de l'université de Paris. Les thèmes de recherche du laboratoire sont la physique nucléaire, la physique des hautes énergies, les astroparticules et la cosmologie, la physique théorique, les accélérateurs et les détecteurs de particules ainsi que les recherches et développements techniques et applications associées pour l'énergie, la santé et l'environnement. La structure dispose de capacités techniques très importantes (environ 280 ingénieurs et techniciens) dans tous les grands domaines requis pour concevoir, mettre au point et en œuvre les dispositifs expérimentaux nécessaires à son activité scientifique : mécanique, électronique, informatique, instrumentation, techniques d'accélération et des techniques de la biologie. Ces forces techniques représentent un atout de premier plan pour la conception, le développement et l'utilisation des instruments nécessaires (accélérateurs et détecteurs). La présence des infrastructures de recherche et des plateformes technologiques rassemblées sur le site du laboratoire constitue également un atout majeur. Enfin, environ 90 ITA des services administratifs et support travaillent aux côtés des scientifiques et ingénieurs.
Le/la doctorant/doctorante travaillera dans le groupe ILE du pôle de physique des accélérateurs qui développe depuis plus de vingt ans un savoir faire autour de l’interaction Compton pour la production de photons de hautes énergies de plusieurs dizaines de keV pour les applications médicales et d’imagerie, quelques MeV pour la physique nucléaire à plusieurs GeV pour les diagnostics des faisceaux d’électrons pour les collisionneurs pour la physique des particules. Une part importante des activités s’oriente vers la conception et la mise en œuvre de cavités optiques Fabry-Perot de haute finesse opérées en régime impulsionnel et à forte puissance moyenne. Cette activité vise les applications sociétales, telles qu’expérimentées auprès de ThomX ; ou plus fondamentales telles que celles visées par le projet Gamma Factory.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

Quelques déplacements au CERN mais aussi dans les centres internationaux, par exemple en Chine, sont à prévoir.

Informations complémentaires

La personne qui candidate devra être titulaire d’un master de physique ou d’un diplôme d’école d’ingénieur. Une bonne connaissance académique de l’optique est un plus. Une expérience de développements expérimentaux autour de l’optique est également un plus. Une très bonne connaissance de l’anglais écrit/parlé est nécessaire. Nous cherchons une personne curieuse en mesure de s’attaquer à des questions de physiques variées à l’interface de la physique des accélérateurs et de l’optique. Elle devra être très intéressée par les développements expérimentaux optiques. La personne recrutée devra également être rapidement autonome dans son travail quotidien. Les candidatures devront inclure un CV détaillé sans aucune rupture de date faisant apparaître les diplômes; au moins une référence (personne susceptible d’être contactée) ; une lettre de motivation d’une page ; les notes de Master 1 ou 2 ou d’école d’ingénieur.