La caractérisation spectrale détaillée des lasers XUV générés dans des plasmas est un enjeu important des projets actuels de développement qui visent à augmenter la puissance crête de ces sources. En effet les propriétés spectrales de ces lasers conditionnent d'autres propriétés importantes, telle que la durée minimum accessible (limite de Fourier). La plus courte durée actuellement démontrée expérimentalement est de 1 picoseconde. La technique d'injection d'un plasma de laser XUV avec une impulsion femtoseconde de rayonnement harmonique d'ordre élevé offre des perspectives très prometteuses pour réduire la durée d'impulsion jusqu'à quelques 100 femtosecondes, pourvu que l'on sache maintenir une bande spectrale de gain suffisamment large.Les lasers XUV pompés par excitation collisionnelle dans des ions néonoïdes et nickeloïdes ont été développés dans des plasmas chauds créés aussi bien par décharge électrique rapide que par différents types de lasers de puissance. On a ainsi accès à une large variété de sources lasers XUV, qui diffèrent par les caractéristiques du faisceau émis, mais aussi par les paramètres du plasma (densité, température) dans la zone de gain. On peut donc s'attendre à des propriétés spectrales différentes. Le but du travail que nous présentons est d'étudier les propriétés spectrales des différents types de lasers XUV collisionnels existants, et d'évaluer leur capacité à amplifier des impulsions de durée inférieure à 1 picoseconde, dans un mode injecté.La caractérisation spectrale des lasers XUV est expérimentalement difficile parce que la résolution spectrale nécessaire (∆λ/λ ~10-5) n'est pas accessible avec les meilleurs spectromètres actuels. Dans notre étude, nous avons atteint cette résolution en mesurant la cohérence temporelle de la source à l'aide d'un interféromètre à division de front d'onde, spécifiquement conçu pour ces mesures, à partir desquelles largeur spectrale peut être déduite.Nous avons caractérisé trois types de lasers XUV collisionnels, développés dans trois laboratoires différents: pompage transitoire dans le molybdène nickeloïde, pompage par décharge électrique dans l'argon néonoïde et pompage quasi-stationnaire dans le zinc néonoïde. Dans chaque cas la cohérence temporelle a été mesurée précisément. De plus nous avons étudié l'effet de la saturation de l'amplification et (pour le Ni-like Mo) l'influence du mode injecté. Nous avons également étudié le comportement temporel du laser transitoire Ni-like Mo à l'aide d'une caméra streak X ultra-rapide. Nos mesures spectrales sont comparées à des résultats de simulations numériques prenant en compte les différents mécanismes d'élargissement ainsi que les effets de transfert radiatif. Nous avons étudié l'évolution du profil spectral avec l'amplification et la saturation, et nous avons évalué les limites de Fourier correspondantes.Le temps de cohérence le plus court (ie la largeur spectrale la plus grande) est mesuré pour le laser XUV quasi-stationnaire, qui correspond au plasma qui a la plus forte densité et la plus forte température ionique. / Improving the knowledge of the spectral and temporal properties of plasma-based XUV lasers is an important issue for the ongoing development of these sources towards significantly higher peak power. The spectral properties of the XUV laser line actually control several physical quantities that are important for applications, such as the minimum duration that can be achieved (Fourier-transform limit). The shortest duration experimentally achieved to-date is ~1 picosecond. The demonstrated technique of seeding XUV laser plasmas with a coherent femtosecond pulse of high-order harmonic radiation opens new and promising prospects to reduce the duration to a few 100 fs, provided that the gain bandwidth can be kept large enough.XUV lasers pumped by collisional excitation of Ni-like and Ne-like ions have been developed worldwide in hot plasmas created either by fast electrical discharge, or by various types of high-power lasers. This leads to a variety of XUV laser sources with distinct output properties, but also markedly different plasma parameters (density, temperature) in the amplification zone. Hence different spectral properties are expected. The purpose of our work was then to investigate the spectral behaviour of the different types of existing collisional excitation XUV lasers, and to evaluate their potential to support amplification of pulses with duration below 1 ps in a seeded mode.The spectral characterization of plasma-based XUV lasers is challenging because the extremely narrow bandwidth (typically ∆λ/λ ~10-5) lies beyond the resolution limit of existing spectrometers in this spectral range. In our work the narrow linewidth was resolved using a wavefront-division interferometer specifically designed to measure temporal coherence, from which the spectral linewidth is inferred. We have characterized three types of collisional XUV lasers, developed in three different laboratories: transient pumping in Ni-like Mo, capillary discharge pumping in Ne-like Ar and quasi-steady state pumping in Ne-like Zn. Besides the accurate measurement of the temporal coherence of the laser in each case, we have studied the spectral behaviour when the laser is operated in the saturation regime and (in Ni-like Mo) when it is seeded with high-order harmonic radiation. We have also investigated the temporal behaviour of the Ni-like Mo transient XUV laser, using an ultrafast X-ray streak camera. Our linewidth measurements are compared with detailed numerical calculations including relevant broadening mechanisms as well as radiative transfer effects. The evolution of the spectral profile with amplification and saturation was studied for different plasma parameters, and corresponding Fourier-transform limit duration were evaluated.The shortest temporal coherence (ie the largest bandwidth) is measured for the quasi-steady state pumping XUV laser, which operates at the highest density and ionic temperature.

Pour des applications médicales ou en histoire de l'art, un système compact de production de rayonnement X monochromatique à haut flux par effet Compton nécessite de disposer d’une source laser impulsionnelle de forte puissance moyenne avec des durées de quelques picosecondes. Pour atteindre un haut flux de rayonnement X, le laser devra être injecté dans une cavité Fabry-Perot de haute finesse afin d’atteindre les puissances laser moyennes requises. Par conséquent, le laser devra avoir une bonne qualité de mode et de faibles bruits. Afin d’atteindre ces objectifs, nous avons étudié la réalisation d’oscillateurs à blocage de modes passif délivrant des puissances moyennes de plus de 10 W avec des impulsions d’une durée entre 10 et 20 ps. Au cours de ce travail, deux oscillateurs de haute puissance moyenne ont été conçus et réalisés : l’un à pompage radial avec Nd:YAG comme milieu de gain et l’autre à pompage longitudinal avec comme milieu de gain Nd:YVO4. Le développement du second oscillateur a donné lieu à une étude expérimentale de la réduction de la durée des impulsions qui nous permet d’ajuster la durée entre 46 ps et 12 ps en régime de blocage de modes passif. Les résultats expérimentaux ont été expliqués à l’aide d’une simulation numérique et une solution analytique a été trouvée pour prédire la durée des impulsions. Enfin, une étude des caractéristiques des bruits de l’oscillateur Nd:YVO4 a été réalisée. Ces mesures ont permis de mettre en évidence qu’un oscillateur de forte puissance moyenne a les capacités pour être aussi peu bruyant que des oscillateurs de faible puissance et à faibles bruits. En résumé nous avons développé un oscillateur puissant (20W), à une longueur d’onde de 1064 nm, avec des durées d’impulsions courtes (15 ps), une bonne qualité de faisceau (M2<1,2) et de faibles bruits (gigue temporelle <1,2 ps RMS 100Hz-1MHz non asservi). Par conséquent, notre oscillateur puissant est un excellent candidat pour faire partie de la machine compacte de rayonnement X monochromatique et à haut flux. / For medical or cultural heritage applications, a compact, monochromatic, Compton x-ray source system needs a powerful, few picosecond laser source. To obtain high-x-ray-flux, the laser should be coupled to a high-finesse Fabry-Perot cavity to reach the required laser power. Therefore, the laser should have a good beam quality and low noises. In order to reach theses requirements, we have studied passive mode-locking oscillators delivering more than 10 W average power and between 10 and 20 ps pulse duration.Two high-power oscillators have been designed and implemented: a side-pumped Nd:YAG and an end-pumped Nd:YVO4 oscillator. With the second oscillator, we have studied the experimental reduction of pulse duration. We obtained a decrease from 46 ps to 12 ps in the continuous-wave mode-locked regime. Those experimental results have been explained by a numerical simulation and furthermore, we have developed an analytical solution to predict the pulse duration of such oscillator. Finally, we studied the noise characteristics of the Nd:YVO4 oscillator. Our measurements have shown that a high-power oscillator might be as low-noise as other low-power, low-noise oscillators. In conclusion, we have developed a powerful (20W), 1064nm-wavelength, short-pulses (15ps), good-beam-quality (M2<1.2) and low-noise free-running oscillator (timing jitter <1.2 ps RMS 100Hz-1MHz). Therefore, our high-power oscillator is an excellent candidate to be part of a compact, high-flux, monochromatic x-ray source.