Soutenance de thèse de Jonathan DUBOIS

Asujettir des atomes ou des molécules à des impulsions lasers de fortes intensités donne lieu à une variété de phénomènes hautement non-linéaires, tels que par exemple l'ionisation d'électrons et la radiation de photons de hautes fréquences. Les distributions des vitesses des électrons ionisés ou des fréquences des photons radiés encodent des informations pertinantes sur les atomes ou les molécules ciblés à l'échelle temporelle naturelle des électrons, l'attoseconde-qui est un millionième, d'un millionième, d'un millionième d'une seconde. Comprendre la dynamique des électrons ionisés ainsi qu'identifier les mécanismes de radiation de hautes fréquences sont des étapes essentielles afin d'interpréter et décoder les informations cryptées dans les mesures expérimentales. Dans cette thèse, des atomes soumis à des impulsions lasers de fortes intensités polarisées elliptiquement dans le régime infra-rouge sont étudiés théoriquement. Malgré leur nature fondamentalement quantique dans les atomes, les électrons manifestent certains comportements classiques lorsqu'ils sont sujets à des impulsions lasers de fortes intensités. Nous exploitons ces traits classiques pour comprendre et dessiner, à l'aide des trajectoires, les mécanismes physiques en jeu afin d'interpréter les résultats expérimentaux. Nous montrons le rôle interdépendant de l'ionisation quantique par effet tunnel de l'électron et successivement de son mouvement classique pour interpréter les mesures en science attoseconde. Après l'ionisation par effet tunnel des électrons, la conjugaison entre leurs interactions avec le laser et leur ion parent, en rendant leurs dynamique hautement non-linéaire, donne lieu à riches et variés canaux d'ionisation. Changer l'ellipticité du laser, qui agit comme un simple bouton de contrôle en expérience, change les canaux d'ionisation prioritairement empruntés par les électrons. De cette façon, par exemple, les électrons peuvent sonder différentes caractéristiques des atomes ciblés. Le mouvement des électrons ionisés est analysé en utilisant des techniques perturbatives et non-perturbatives issues de la dynamique non-linéaire et des systèmes hamiltoniens. Ce travail de thèse démontre la complémentarité de la mécanique quantique et de la dynamique non-linéaire pour comprendre et illustrer des mécanismes enrôlés lorsque des atomes sont sujets à des impulsions lasers de fortes intensités polarisées elliptiquement.

Subjecting atoms or molecules to intense laser pulses gives rise to a variety of highly nonlinear phenomena, such as for instance the ionization of electrons and the radiation of high-frequency photons. The distributions of the velocity of the ionized electrons or the frequency of the radiated photons measured at the detector encode relevant informations on the target atoms and molecules at the natural time scale of the electrons, the attosecond-that is, million, million, millionths of a second. Understanding the dynamics of the ionized electrons and identifying the mechanisms of high-frequency radiation are essential steps toward interpreting and decoding the informations encrypted in the experimental measurements. In this thesis, atoms subjected to intense and elliptically polarized laser fields in the infrared regime are theoretically studied. Despite the fundamental quantal nature in atoms, electrons display some classical behaviors when subjected to intense laser pulses. We exploit these classical features to understand and picture, with the help of trajectories, the physical mechanisms at play in order to interpret experimental measurements. We show the interdependent role of the quantum tunnel ionization of the electron and its subsequent classical motion for interpreting measurements in attosecond science. After tunnel ionization of the electrons, the interplay between their interactions with the laser and their parent ion, by yielding their dynamics highly nonlinear, gives rise to rich and diverse ionization channels. Changing the ellipticity of the driving laser, which acts as a simple control knob in experiments, changes the prioritized ionization channel taken by the electrons. In this way, for instance, the electrons can probe different characteristics of the target atoms. The motion of the ionized electrons is analyzed using perturbative and nonperturbative techniques from nonlinear dynamics and Hamiltonian systems. This thesis work demonstrates the complementarity of quantum mechanics and nonlinear dynamics for understanding and illustrating the mechanisms enrolled when atoms are subjected to intense and elliptically polarized laser pulses.