Génération d'impulsions térahertz à partir de microplasmas créés par laser femtoseconde (théorie)

Contexte : Le domaine d'application du rayonnement térahertz (THz), situé entre les micro-ondes et l'infrarouge, englobe historiquement l'astronomie, l'imagerie, la télédétection, la spectroscopie moléculaire, ainsi que les études de la matière condensée. Pour toutes ces applications, les sources THz large bande à taux de répétition élevés sont primordiales. Les microplasmas induits par laser apparaissent comme des candidats prometteurs pour de telles sources THz, en termes de qualité de rayonnement, d'économie et de compacité. L'objectif du projet MicroTera, financé par l'Agence nationale de la recherche (ANR), est le développement et la caractérisation de la génération d'impulsions THz à partir de microplasmas induits par laser femtoseconde et produits dans des gaz sous des conditions de focalisation forte. Les expériences seront réalisées par le partenaire du projet au Laboratoire de Physique de l'École Normale Supérieure (LPENS) à Paris, tandis que la théorie et la modélisation numérique seront assurées par le CELIA et l'ILM. Les ressources de calcul haute performance (HPC) nécessaires seront mises à disposition dans le cadre du projet CNARO, financé par le Grand équipement national de calcul intensif (GENCI). Objectif de la thèse : L'objectif de cette thèse est d'étudier la physique des microplasmas générés par laser et d'améliorer notre compréhension de leurs émissions basse fréquence. Le problème sera abordé de trois manières : par une modélisation analytique simplifiée de la source THz locale, par des simulations numériques complètes de la génération du microplasma et de ses émissions secondaires, et enfin par la comparaison des résultats théoriques avec les données expérimentales correspondantes. Le travail proposé est donc principalement orienté vers la modélisation analytique et la simulation numérique. Les principaux outils numériques, un propagateur d'impulsions unidirectionnel et un code Maxwell-fluide, sont développés à l'ILM et au CELIA. Le (le) doctorant(e) effectuera des séjours prolongés dans les deux laboratoires afin d'acquérir une formation approfondie et de contribuer au développement ultérieur de ces codes. Au moins une visite prolongée au laboratoire LPENS est prévue afin que le doctorant puisse se familiariser avec les expériences. Le cadre thématique de la thèse est assez large, allant de la recherche fondamentale en physique des plasmas et de la modélisation théorique de l'interaction lumière-matière, le développement de codes HPC, jusqu'au développement et à l'optimisation de sources THz pour des applications spécifiques. Le poids respectif de ces différents aspects peut être ajusté en fonction du profil du (de la) candidat(e). Le (la) candidat(e) doit posséder une formation avancée en physique fondamentale et/ou en calcul scientifique, et être capable de manipuler des codes de simulation massivement parallèles et de contribuer à leur développement. Une expérience avec Python, Fortran, C ou C++ et MPI ou OpenMP sera appréciée. École doctorale : Sciences Physiques et de l'Ingénieur Direction : Luc BERGE Financement : ANR