Theoretical and Experimental Investigations of Non Collinear High Harmonic Generation and Magnetic Helicoidal Dichroism

Étude théorique et expérimentale de la génération non colinéaire d'harmoniques d'ordre élevé et du dichroïsme hélicoïdal magnétique La génération d'harmoniques d'ordre élevé (GHOE) est un processus extrêmement non-linéaire au cours duquel une impulsion laser intense interagit avec la matière. Cette interaction a pour conséquence l'émission d'impulsions de lumière ultra-brèves, constituées d'harmoniques du champ laser fondamental. Aujourd'hui, ce phénomène est la pierre angulaire de la science attoseconde, et constitue une source de lumière permettant une grande variété d'applications, telles que l'imagerie, la spectroscopie, ou l'étude de phénomènes physiques ultra-rapides. Dans cette thèse, nous étudions la GHOE pilotée par deux faisceaux fondamentaux non-colinéaires (NCHHG, pour « Non-Collinear High Harmonic Generation », en anglais). Ces travaux, à la fois expérimentaux et théoriques, portent sur une large plage de ratios d'intensité entre les deux faisceaux. On passe ainsi du régime perturbatif, où l'un des deux faisceaux est seulement une perturbation de l'autre, au régime non perturbatif, où les deux faisceaux ont des intensités similaires. A l'aide d'un modèle analytique basé sur la description classique du champ laser, nous avons établi des lois décrivant le comportement de l'intensité de l'émission d'harmoniques dans cette géométrie. Les résultats expérimentaux confirment de manière très précise ces prédictions théoriques. Nous proposons également une interprétation des observations en termes des « canaux photoniques » associés à chaque direction d'émission, et construisons ainsi un lien avec des interprétations existantes limitées au régime perturbatif. Cette description plus générale du processus de NCHHG pourrait se solder par de nouvelles techniques de spectroscopie. De plus, nous avons également mené une étude détaillée des effets d'accord de phase en NCHHG. Le développement de modèles théoriques bidimensionnels nous a permis d'identifier le rôle de l'accord de phase transverse et longitudinal dans l'intensité de l'émission. Ces études numériques et théoriques sont encore une fois confirmées par des données expérimentales. Enfin, nous proposons une application de la NCHHG, où celle-ci constitue une source de lumière dans l'ultraviolet extrême (UVX) portant du moment angulaire orbital (MAO). La réflexion différentielle de faisceaux UVX portant un moment angulaire orbital positif ou négatif par des structures magnétiques constitue un nouveau champ de recherche : le dichroïsme hélicoïdal magnétique. Cette approche est novatrice dans le sens où elle considère les effet magnéto-optiques à travers le prisme du MAO, et non de la polarisation circulaire.