ELYSE : Mesures (non destructives) de paquets d` électrons

ELYSE : Mesures (non destructives)
de paquets d’ électrons
J. R. Marquès (a), H. Monard (b), U. Schmidhammer(b), V. De Waele (b), Nicolas Bourgeois (a),
J.L. Marignier (b), J.P. Larbre (b), F. Gobert (b), M. Mostafavi (b)
(a) Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers Intenses
UMR7605, Ecole Polytechnique, Palaiseau (France)
(b) Laboratoire de Chimie Physique – ELYSE
UMR8000 Université Paris Sud, Orsay (France)
SFP accélérateurs 2009, 11-14 octobre, Roscoff

Contexte
Développer un diagnostic MONOCOUP – NON DESTRUCTIF
permettant de mesurer :
- le profil temporel (longitudinal)
d'un paquet sub-ps (< 300 µm) d'électrons
- les fluctuations tir à tir du paquet
(temps d'arrivée, charge, ...)
avec la plus grande sensibilité possible (paquet de faible charge)
Motivations :
Applications :
Méthode :
- Contrôler durée et synchro laser-électrons dans les LEL
- Mesurer la durée extrêmement brève (~10 fs) des paquets créés
par accélération laser-plasma
- Mesurer n'importe quel champ électrique ~ THz
- bien plus
Echantillonnage Electro-Optique du champ électrique du paquet d'e-

ψ
e-
Champ électrique d'un électron relativiste
Eperp= − e
40y2 uy
Elong= − e
4 0x2
1
2ux
γ = 20 ; r = 1 mm
Elong= 3.6x10-6 V/m Eperp = 0.03 V/m
Electron relativiste  champ transverse
E= − e
4 0r2
21 −2 sin23/2ur
angle vitesse - axe d'observation
x

Eyt= − e
40b2 [122ct /b2]3/2
Ext=− ct
bEyt
e
40b2
t=1.5
b
c
b = 1 mm
Bzt= Eyt
c
Evolution du champ en un point d'observation
Réponse d'autant plus courte et intense que b petit et  grand
z
y
x
e- b
tps ~ 5bmm
Ey
pic kV /m/pC ~ 9
b2mm
ex :  = 20 et b = 1 mm
 ∆ t ~ 250 fs
Epic ~ 0.2 MV/m/pC
γ= 40

Principe du diagnostic Electro-Optique
Le champ des électrons
créé une porte optique
Diagnostic non-destructif, haute résolution temporelle possible
Idée : induire un effet Pockels avec le champ électrique des électrons
Ex : Cristal de ZnTe <110>
de 1 mm d'épaisseur
 =  pour E = 4.4 MV/m
E⊥
paquet
d'électrons
γ
Cristal biréfringent
Impulsion laser
courte
E⊥
Analyseur croisé
Polariseur
Modification de l'ellipsoïde d'indice du cristal
par le champ électrique des électrons
rotation de la polarisation du laser sonde
 = 2L
E
Longueur du cristal
Longueur d'onde du laser sonde
Coefficient lié au cristal