Relativistic Plasmonics for Ultra-Short Radiation Sources

La plasmonique etudie le couplage entre le rayonnement electromagnetique et les oscillations collectives des electrons dans un materiel. Les plasmons de surface (SPs), notamment, ont la capacite de concentrer le champ electromagnetique sur des distances micrometriques, ce qui les rend interessants pour le developpement des dispositifs photoniques les plus novateurs. 'Etendre l'excitation de SPs au regime de champs eleves, ou les electrons oscillent a des vitesses relativistes, ouvre des perspectives stimulantes pour la manipulation de la lumiere laser ultra-intense et le developpement de sources de rayonnement energetiques et a courte duree. En fait, l'excitation de modes resonnants du plasma est l'une des strategies possibles pour transferer efficacement l'energie d'une impulsion laser ultra-puissante a une cible solide, cela etant parmi les defis actuels dans la physique de l’interaction laser-matiere a haute intensite. Dans le cadre de ces deux sujets, ce travail de these demontre la possibilite d'exciter de facon resonnante des plasmons de surface avec des impulsions laser ultra-intenses. Elle etudie comment ces ondes peuvent a la fois accelerer de paquets d'electrons relativistes le long de la surface de la cible mais aussi augmenter la generation d'harmoniques d'ordre eleve de la frequence laser. Ces deux processus ont ete caracterises avec de nombreuses experiences et simulations numeriques. En utilisant un schema d’interaction standard de la plasmonique classique, les SPs sont excites sur des cibles dont la surface presente une modulation periodique reguliere a l'echelle micrometrique (cibles reseau). Dans ce cas, les proprietes de l'emission d'electrons tout comme celles des harmoniques permettent d’envisager leur utilisation dans des application pratiques. En reussissant a depasser les principaux problemes conceptuels et techniques qui jusqu'au present avaient empeche l'application d'effets plasmoniques dans le regime de champs eleves, ces resultats apportent un interet nouveau a l'exploration de la Plasmonique Relativiste.