Thèse de Quentin Demazeux

Soutenance de thèse de Quentin Demazeux - Laboratoire PhLAM

Résumé :

L’opération courante et l’étude des sources de lumière modernes basées sur des accélérateurs, telles que les Lasers à Électrons Libres (LEL), exigent des diagnostics monocoup de haute fidélité, capables de fonctionner à des taux de répétition de l’ordre du MHz. La caractérisation précise et non destructive de la forme longitudinale du paquet d’électrons ou du rayonnement Terahertz (THz) qui en résulte est essentiel pour l’optimisation de ces installations complexes. Bien que les avancées récentes en Electro-Optic Spectral Decoding (EOSD) aient permis des percées en résolution temporelle avec la méthode Diversity Electro-Optic Sampling (DEOS) et des taux d’acquisition de l’ordre du MHz avec le Photonic Time-Stretch (PTS), des défis importants subsistent, notamment en ce qui concerne la fidélité de la reconstruction du signal et les limitations de la bande passante de lecture. Cette thèse aborde ces lacunes en surmontant la perte de fidélité due à la dispersion non linéaire sur l’impulsion laser sonde chirpée pour le THz large bande, ainsi que les contraintes de bande passante d’acquisition pour la caractérisation du THz à bande étroite de haute fréquence.
Pour la caractérisation des impulsions THz large bande, la limitation de fidélité causée par la dispersion non linéaire du laser sonde chirpé est levée par un nouvel algorithme Self-Adaptive Dispersion (SAD) développé dans cette thèse. L’algorithme SAD reconstruit avec précision le signal THz complet tout en caractérisant simultanément l’amplitude complexe (amplitude, phase et dispersion) du laser sonde chirpé. Ce faisant, il permet une reconstruction fidèle du signal THz large bande sur de longues fenêtres
temporelles. La robustesse et les performances à haute fidélité des mesures du système DEOS-SAD sont démontrées par des diagnostics de routine, monocoup et à un taux de répétition de l’ordre du MHz pour la forme des paquets d’électrons aux installations European XFEL et FLASH.
Pour la caractérisation des impulsions THz à bande étroite de haute fréquence, la contrainte de bande passante d’acquisition des systèmes de détection électro-optique conventionnels est surmontée par l’introduction d’une nouvelle technique de détection électro-optique hétérodyne combinée au Photonic Time-Stretch. Cette méthode réduit la bande passante d’acquisition nécessaire tout en préservant l’intégrité du signal. Sa faisabilité a été démontrée à l’installation FELBE, où elle a permis le
diagnostic monocoup de la Carrier-Envelope Phase de la sortie du LEL à l’aide d’un système d’acquisition à faible bande passante.

Mots clés : Accélérateur, Photonique, Ultra-rapide, Laser à électrons libres, Terahertz