ondes de surface dans l`interaction laser-matiere

EFFETS PONDEROMOTEURS DANS
L’EXCITATION PAR LASER ULTRA-COURT
D’ONDES DE SURFACE DANS UN METAL
Michèle Raynaud
DSM/IRAMIS/LSI, CEA-CNRS-Ecole Polytechnique, 91128 Palaiseau
Collaborations:
Ghita Geoffroy(1), P. Martin(1), Hervé Jouin(1), Guillaume Duchateau(2)
(1) CELIA, Université Bordeaux 1, 43 rue P. Noailles, 33405 Talence
(2) CEA, Centre d’étude du Ripault, BP16, 37260 Monts

♦Oscillations collectives HF
♦induitent par la discontinuité de densité électronique
♦se propagent le long de l’interface métal-vide
♦champ électrique: intense, évanescent et localisé
♦Modes propres d’oscillation à la fréquence sp :
menavecck epepesppespspsp 222222222 42
Pas d’excitation laser directe …
… Excitation via une surface modulée périodiquement :
a , choisi condition de résonnance satisfaite pour 
i
=
R
k/c
ksp
Ondes de surface dans un métal plan:
x
z
métal

Effets pondéromoteurs:
 tzeEdtzdm lhf cos
22
Mouvement d’un électron dans un champ:
HF Inhomogène
spatialement
2 échelles de temps: Mvt rapide oscillations HF –Mvt de dérive lent
l’électron est accéléré de la zone de fort champ vers une zone de
champ plus faible
conversion Eosc en Ecin avec U
p
I 2
Cas de l’interaction laser solide:
Ilaser=109W/cm2 et =800nm : expérience de photoémission dans les solides
Up6 10-5 eV !
l
t
llhf vzEzEetzzaveczzz
22222 4
mzEeUavecUdtzdm lppl 
kztE  expcos

Energie des électrons photo-ionisés en présence de l’onde de surface:
accélération des électrons par effets
pondéromoteurs du champ de l’onde de surface
Ext. Spatiale 600nm
VIDE
Esp = Chp
inhomogène HF // z
Métal
Or
Laser, incidence oblique et polar p :
h=1.55 eV (=800nm, =2.3 1015 rad/s)
Effet Photo-électrique multiphotonique (4 photons) :
En= nh- Ws = 4 x 1.55 –5.1 1 eV
x
z
Esp 100 EL en régime fs Usp=0.6 eV
Aspect temporel: Le gain en énergie dépend du temps de vie du plasmon, sp
Régime d’interaction laser fs: sp~ laser Le gain en énergie dépendra de laser et IL
L~ 100 fs : exploration partielle du gradient de Ezfaible gain d’énergie
L~ 600 fs : exploration totale du gradient de Ezconversion complète gain = U
sp

Résolution numérique du mouvement d’une particule test dans un champ
qui modélise l’onde de surface , modèle 1D:
où
 ttzEedtzdm sp cos,
22
22
2
1
expexp, LLsp tzEtzE
Energie cinétique d’un électron test
en fonction du temps (vitesse initiale nulle):
L=1000 fs
=800 nm
IL=109 W/cm2
=100
U
sp
=0.6 eV
=650 nm
EC final >> Usp ?
1.5 eV
Ec
(eV)
temps
Phase favorable:
φ=π/2
φ=π