LIDYL (Paris-Saclay)

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Laboratoire Interactions, Dynamiques et Lasers

Bâtiment 701
CEA Orme des Merisiers
91191 Gif-Sur-Yvette

Le CEA-LIDYL étudie les interactions lumière-matière ultrarapides et leurs applications dans un large éventail de phénomènes et de systèmes, allant de la dynamique électronique attoseconde dans les espèces atomiques et moléculaires les plus simples aux plasmas relativistes induits par laser, en passant par la dynamique de spin ultrarapide dans solides et le développement de candidats innovants pour de nouvelles radiothérapies. Dans le cadre d’ULTRAFAST-LUMA, le LIDYL propose l’accès aux installations ATTOLab et NANOLIGHT. ATTOLab associe trois lignes de lumière XUV attoseconde et une série de stations expérimentales (spectroscopies XUV et électroniques : MBES, VMI, ARPES, TOF-Spin) pour l’étude de dynamiques ultra rapides en phases gazeuse et condensée, depuis les dynamiques de photoémission en champ faible ou fort, l’attochimie, jusqu’aux dynamiques de spin, électron/trou dans les matériaux quantiques. NANOLIGHT offre trois lignes de lumière femtoseconde à haute cadence dans l’IR moyen et une ligne de lumière XUV avec des énergies de photons jusqu’à 60 eV, pour un large éventail d’applications, de la physique des champs forts dans les semi-conducteurs et les diélectriques à la génération d’harmoniques d’ordre élevé dans les cristaux, de la nanoplasmonique ultrarapide à l’imagerie nanométrique femtoseconde sans lentille.

ATTOLab

Impulsions laser (Titane-Saphir) :

• 1 kHz, 25 fs, 15 mJ à 800 nm + 10 kHz, 25 fs, 2 mJ à 800 nm
• Stabilisation CEP
• Postcompression : 4 fs, 2,5 mJ à 1kHz 

Conversion de fréquence par Génération d’Harmoniques élevées (HHG) : 

• Gamme 10 eV-100 eV
• Sélection d’un groupe d’harmoniques VUV-EUV par filtres métalliques
• Etudes multi-échelles grâce à la possibilité de basculer rapidement entre trois régimes de résolution temporelle : 10 fs, 1 fs ou 100 as (10 kHz)
• Contrôle avancé des propriétés HHG : polarisation, moment angulaire orbital

Stations expérimentales:

• Phase diluée : spectromètres de particules chargées  à bouteille magnétique (MBES), imageur des Vecteurs Vitesses (VMIS)
• Phase condensée : spectromètres EUV pour absorption/réflexion transitoire, spectromètre électronique résolu en angle (ARPES), spectromètre électronique à temps de vol résolu en spin (TOF-Spin).

Domaines d’application :

• Dynamique de photoémission atomique et moléculaire ultrarapide
• Attochimie : migration de charge, contrôle de la réactivité chimique
• Spectrocopie ARPES résolue en spin de matériaux quantiques
• Spectroscopie d’absorption/réflexion transitoire ultrarapide
• Dichroïsme magnétique circulaire ultrarapide
• Dichroïsme hélicoïdal ultrarapide

Evolution à court terme (2024):Remplacement des lasers Titane-Saphir par des lasers Ytterbium ; Passage à 40 kHz et 100 kHz des lignes XUV fonctionnant actuellement à 1 kHz et 10 kHz 

NANOLIGHT

Impulsions laser (Ytterbium):

• 100 kHz, 350 fs, 0.22mJ (22W), 1030 nm
• Postcompression : 100kHz, <50fs, 0,2mJ (20W), 1030 nm

Conversion de fréquence

• OPCPA : 1.8μm, 40fs (12fs en 2024), 15μJ CEP Stable + 2.4μm, 80fs, 15μJ
• Ligne EUV par génération d’harmoniques d’ordre élevé (jusqu’à 60eV) à 100kHz

Equipement complémentaire et endstations

• Caméra CCD et senseur de front d’onde fonctionnant dans la gamme EUV (20-100nm) 
• Spectromètre à bouteille magnétique particulièrement adapté pour les mesures  de phase spectrale des harmoniques par la méthode RABBITT (2024)
• Spectromètres couvrant toute la gamme spectrale disponible (2,4µm – 20 nm) 
• Dispositif d’imagerie ptychographique dans l’EUV (large bande : 20-80nm et bande étroite (32nm).

Domaines d’application :

• Physique en champ fort dans les semiconducteurs, les diélectriques, les matériaux 2D
• Génération d’harmoniques d’ordres élevés dans les cristaux,
• Nanoplasmonique ultrarapide
• Imagerie sans lentille nanométrique ultrarapide 
• Métrologie du MIR à l’EUV, mesure de front d’onde