1. A proposal for multi-tens of GW fully coherent femtosecond soft X-ray lasers
- Author
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Pedro Velarde, Julien Gautier, David Ros, Philippe Zeitoun, Lianhe Li, Marta Fajardo, Guillaume Lambert, Eduardo Oliva, T. T. T. Le, Moana Pittman, Stéphane Sebban, Laboratoire de physique des gaz et des plasmas (LPGP), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Instituto de Telecomunicações [Lisboa, Portugal], New York University School of Medicine, NYU System (NYU), LASERIX, Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11), Laboratoire de Modélisation et Simulation Multi Echelle (MSME), Université Paris-Est Marne-la-Vallée (UPEM)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre de Recherche des Cordeliers (CRC), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-École Pratique des Hautes Études (EPHE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Université Paris Descartes - Paris 5 (UPD5)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Laboratoire de Sociologie et d'Anthropologie - UFC (UR 3189) (LASA), Université de Franche-Comté (UFC), Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC), Instituto de Fusión Nuclear, Universidad Politécnica de Madrid (UPM), Laboratoire d'interaction du rayonnement X avec la matière (LIXAM), Laboratoire d'optique appliquée (LOA), École Nationale Supérieure de Techniques Avancées (ENSTA Paris)-École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Université Paris-Est Marne-la-Vallée (UPEM), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-École pratique des hautes études (EPHE), Laboratoire de Sociologie et d'Anthropologie - UFC (EA 3189) (LASA), Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École pratique des hautes études (EPHE)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Paris Descartes - Paris 5 (UPD5)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université de Franche-Comté (UFC), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École polytechnique (X)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées (ENSTA Paris), Laboratoire de physique des gaz et des plasmas ( LPGP ), Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Department of Pathology, New York, NY 10016, USA, Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ), Laboratoire de Modélisation et Simulation Multi Echelle ( MSME ), Université Paris-Est Marne-la-Vallée ( UPEM ) -Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 ( UPEC UP12 ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Centre de Recherche des Cordeliers ( CRC ), Université Paris Diderot - Paris 7 ( UPD7 ) -École pratique des hautes études ( EPHE ) -Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -Université Paris Descartes - Paris 5 ( UPD5 ) -Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale ( INSERM ), Laboratoire de Sociologie et d'Anthropologie - UFC (EA 3189) ( LASA ), Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] ( UBFC ) -Université de Franche-Comté ( UFC ), Universidad Politécnica de Madrid ( UPM ), Laboratoire d'interaction du rayonnement X avec la matière ( LIXAM ), Laboratoire d'optique appliquée ( LOA ), and École Nationale Supérieure de Techniques Avancées ( Univ. Paris-Saclay, ENSTA ParisTech ) -École polytechnique ( X ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
- Subjects
Chirped pulse amplification ,Photon ,Astrophysics::High Energy Astrophysical Phenomena ,[PHYS.PHYS.PHYS-ACC-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Accelerator Physics [physics.acc-ph] ,01 natural sciences ,law.invention ,010309 optics ,Optics ,law ,[PHYS.PHYS.PHYS-PLASM-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Plasma Physics [physics.plasm-ph] ,0103 physical sciences ,[ PHYS.PHYS.PHYS-ACC-PH ] Physics [physics]/Physics [physics]/Accelerator Physics [physics.acc-ph] ,010306 general physics ,Physics ,[PHYS]Physics [physics] ,[PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics] ,[ PHYS ] Physics [physics] ,[ PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS ] Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics] ,business.industry ,Amplifier ,Física ,[ PHYS.PHYS.PHYS-PLASM-PH ] Physics [physics]/Physics [physics]/Plasma Physics [physics.plasm-ph] ,Plasma ,Laser ,Atomic and Molecular Physics, and Optics ,Electronic, Optical and Magnetic Materials ,Harmonics ,Picosecond ,Femtosecond ,Energía Nuclear ,business - Abstract
International audience; X-ray free-electron lasers1, 2 delivering up to 1 × 1013 coherent photons in femtosecond pulses are bringing about a revolution in X-ray science3, 4, 5. However, some plasma-based soft X-ray lasers6 are attractive because they spontaneously emit an even higher number of photons (1 × 1015), but these are emitted in incoherent and long (hundreds of picoseconds) pulses7 as a consequence of the amplification of stochastic incoherent self-emission. Previous experimental attempts to seed such amplifiers with coherent femtosecond soft X-rays resulted in as yet unexplained weak amplification of the seed and strong amplification of incoherent spontaneous emission8. Using a time-dependent Maxwell–Bloch model describing the amplification of both coherent and incoherent soft X-rays in plasma, we explain the observed inefficiency and propose a new amplification scheme based on the seeding of stretched high harmonics using a transposition of chirped pulse amplification to soft X-rays. This scheme is able to deliver 5 × 1014 fully coherent soft X-ray photons in 200 fs pulses and with a peak power of 20 GW.
- Published
- 2012
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