Un haut niveau d'excellence

Le Laboratoire d'Optique Appliquée (LOA) développe depuis plusieurs décennies des lasers femtosecondes intenses. Le LOA a été un des précurseurs dans l'utilisation des cristaux amplificateurs de saphir dopé au titane, nouvelle génération des lasers ultrabrefs. Depuis 15 ans environ ces lasers sont devenus le standard pour l'obtention d'impulsions femtosecondes de forte intensité crête.

Grâce aux développements importants réalisés par le LOA durant les années 80-90, il a été possible de produire vers 1995 des impulsions lasers d'environ 30 fs de durée et d'énergie de plusieurs Joules. A cette époque, ceci a représenté un bond en intensité de plusieurs ordres de grandeur par rapport aux lasers existants commercialement ou dans les laboratoires de recherche. Ce fût surtout le point de démarrage d'un ensemble de thèmes entièrement nouveaux au LOA, tous liés à l'interaction laser-plasma.

Depuis la fin des années 90 et le début des années 2000, les équipes du laboratoire sont les auteurs principaux de remarquables percées scientifiques publiées dans les revues au plus haut facteur d'impact et ont joué un rôle moteur autour des activités de la science ultrarapide, et plus particulièrement sur les sources de rayonnement et de particules :

  • l'accélération d'électrons par champs laser et la création de faisceaux d'électrons femtosecondes (Nature 2006, Nature 2004, Science 2002)
  • la réalisation du premier laser injecté dans le domaine XUV (Nature 2004)
  • la réalisation de sources X compactes ultrabrèves par laser (Nature 1998)
  • la démonstration que les mouvements des atomes peuvent être filmés à leur échelle de temps caractéristique, c'est à dire femtoseconde (Nature 1997, Nature 2001, Rev.Mod. Phys. 2001)
  • le projet Teramobile et la génération de filaments sur longue distance dans l'air (Science 2003)
  • Les sources de rayons X par diffusion Thomson tout optique (Nature Photonics 2012)
  • Les sources de rayonnement harmonique attosecondes (Nature Physics 2012, Nature photonics 2012)
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Ces sources offrent des propriétés uniques: brièveté, intensité, énergie, compacité ; et ouvrent de nouveaux champs de recherche dans des domaines scientifiques multidisciplinaires aussi bien au niveau académique, sociétal ou d'intérêts stratégiques pour la défense.

A titre d'exemples : pousser à des résolutions ultimes l'observation spatio-temporelle de la matière (structures, atomes, électrons, noyaux aux temps ultrabref : 10-12 à 10-18 secondes), nouvelles techniques de protonthérapie et radiothérapie sélective de cancer par laser, chirurgie de l'œil par laser femtoseconde, transfert sans fil de haute intensité de courant électrique, accélérateurs compacts de particules énergétiques, vulnérabilité électromagnétique. Leur très grande simplicité de réalisation offre de plus une très excitante diversité d'expériences pompe-sonde. On pourra par exemple utiliser un faisceau de protons de durée picoseconde pour exciter un échantillon qui sera alors sondé par un faisceau de rayons X.

Sonder des plasmas de fusion thermonucléaire, créer des nouveaux états de la matière et explorer leur caractéristiques, filmer les mouvements ultimes de la structure de la matière pour développer les supraconducteurs haute température ou les médicaments de demain, accéder à la physique des hautes énergies par laser, sont autant d'exemples d'applications qui passionnent les chercheurs du LOA.

 

Les missions du LOA

Dans la continuité des activités du laboratoire, on peut maintenant observer au niveau international un véritable engouement autour de cette thématique, et une véritable « explosion » du nombre de lasers femtosecondes produisant des impulsions de quelques Joules d'énergie à plusieurs dizaines de joules (intensité de 100 TW à 1 PW environ) dans les centres de recherche internationnaux.

En parallèle, de plus gros projets dépassant la périphérie d'un seul laboratoire ont pour objectif de mettre à disposition à la communauté des physiciens des lasers de 10 à 100 fois plus puissants (10 PW et plusieurs dizaines de PW) ainsi que les sites expérimentaux associés.

Le LOA suit ainsi 3 stratégies :

  • développer des lasers femtosecondes haute énergie, haute cadence (kHz), de durées d'impulsion poussées à la limite du cycle optique.
  • développer des systèmes expérimentaux multi-faisceaux compacts et permettant un temps d'accès élevé, bien adaptés aux expériences complexes de physique de l'interaction laser-plasma.
  • développer les applications des sources ultrabrèves pour le monde académique, le sociétal et la défense.

Nos missions:

  • Maintenir un haut niveau d'excellence scientifique dans la thématique de la science ultrarapide qui affiche maintenant un véritable engouement au niveau international.
  • Développer les infrastructures expérimentales et les groupes de recherche pour garder un niveau d'expertise à la pointe de la recherche internationale dans les domaines du développement de sources lasers ultrabrefs, la physique de l'interaction laser-matière et des plasmas, ainsi que la production de sources compactes de rayonnements et de particules énergétiques.
  • Développer les applications académiques des sources ultrabrèves (laser, rayonnement et particule énergétique)
  • Développer les applications sociétales des sources ultrabrèves (laser, rayonnement et particule énergétique)
  • Assurer un rôle majeur dans la formation d'étudiants en physique de l'interaction laser-matière, physique des plasmas, technologie laser femtoseconde grâce à son environnement scientifique privilégié et les systèmes expérimentaux compacts qui permettent un accès soutenu aux infrastructures.
  • Poursuivre sa forte tradition de recherche de contrats qui, couplé aux soutiens de bases des tutelles, permet de disposer d'environnements privilégiés et uniques pour mener à bien les programmes de recherches.
  • Valoriser les activités scientifiques de recherche fondamentale en développant un partenariat soutenu avec le tissu industriel (dont création de spinoff du laboratoire comme SourceLab, située dans les locaux de l'ENSTA-ParisTech à proximité du LOA à Palaiseau, qui développe des outils technologiques dans le domaine de l'interaction laser-plasma à très haute intensité et de la production de sources de rayonnements et de particules énergétiques par laser. 
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