京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第21270号 / 工博第4498号 / 新制||工||1700(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科電子工学専攻 / (主査)教授 野田 進, 教授 藤田 静雄, 教授 川上 養一 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DGAM

Les sources lasers à impulsions ultracourtes de forte puissance dans la région spectrale du proche à moyen infrarouge sont très demandées pour la physique des champs forts dans les atomes, les molécules et la matière condensée. D’après le modèle en trois étapes [1], l’énergie coupée des harmoniques élevées générées varie comme I×λ2. Cela favorise les longueurs d’onde plus longues pour générer des photons XUV plus énergétiques, et potentiellement des impulsions attosecondes plus courtes. Malheureusement, l’extension de l’énergie des photons se fait au prix d’une diminution de l’efficacité en λ−5,5 [2]. La disponibilité d’un système laser à haute cadence est un atout majeur pour palier aux problèmes d’efficacité et produire des flux de photons élevés. Même s’il existe quelques matériaux de gain laser adaptés à la génération d’impulsions femtoseconde intense dans la région spectrale infrarouge intermédiaire, l’amélioration globale du taux de répétition, de la durée et de la puissance des impulsions sont encore des défis [3, 4]. Ainsi, les systèmes paramétriques basés sur un mélange non linéaire à trois ondes sont une alternative intéressante pour générer les impulsions ultracourtes requises pour ce type d’expériences. Actuellement, les systèmes paramétriques à haute puissance dans l’infrarouge moyen ne peuvent pas atteindre les intensités requises pour générer des harmoniques dans le gaz. Cependant, ces sources sont des moteurs intéressants pour la génération d’harmonique (HHG) dans les solides, qui nécessitent des intensités sur cible plus faibles. Par ailleurs, les systèmes à haute énergie, mais à taux de répétition plus bas, sont capables de générer des impulsions suffisamment énergétiques pour les expériences HHG dans le gaz. Cependant, l’efficacité globale de ces sources est encore faible. En fonction de l’énergie harmonique requise, le rayonnement peut être généré efficacement par des lasers NIR post-comprimés.Cette thèse décrit le développement des sources MWIR et leurs applications en physique des champs forts. Nous avons choisi d’étudier des sources paramétriques pilotées par un laser à pompe CPA de puissance moyenne élevée et par un système laser à grande énergie Yb: CaF2. Les impulsions MWIR générées sont ensuite utilisées pour sonder l’interaction du matériau laser à travers HHG dans les solides et les gaz. / Ultrashort pulse light sources in the near- to mid-wavelength infrared spectral region are in high demand for strong field physics in atoms, molecules and condensed matter. According to the three step model [1], the energy cut off of generated high harmonics scales as I×λ2, which favors longer driving wavelengths in order to generate more energetic XUV photons, and potentially shorter attosecond, soft X-ray pulses. Unfortunately, photon energy extensionis at the cost of an efficiency drop scaling as λ−5.5 [2]. The availability of a high-repetitionrate laser system is paramount to mitigate the efficiency issues and still produce high photon fluxes. Even though there are only a few laser gain media suitable for intense femtosecond pulse generation in the mid-IR spectral region, the overall scalability of the pulse repetition rate, the duration and power are still a challenge [3, 4]. Thus, parametric systems based on a nonlinear three wave-mixing, are an attractive alternative to generate the required ultrashort pulses for those experiments. Currently high power middle infrared parametric systems can’t reach the required intensities to reliably drive high harmonic generation (HHG) in gas. However, these sources are attractive drivers for HHG in solids, which requires lower intensities on the target. On the other hand, high energy, but lower repetition rate systems arecapable of generating energetic pulses for HHG experiments in gas. However, the overall efficiency of those drivers is still low. Depending on the required harmonics energy, the XUV could be efficiently generated by post-compressed NIR lasers.This thesis describes the development of MWIR sources and their applications in strong field physics. We have chosen to investigate parametric sources driven by high average power fiber CPA pump laser and by high energy Yb:CaF2 bulk laser system. The generated MWIR few cycle pulses are then used to probe laser material interaction through HHG in solids and gas.

Thermography is a non-destructive technique which uses infrared radiation to obtain the temperature distribution of an object. The technique is increasingly used in the pulp and paper industry. To convert the detected infrared radiation to a temperature, the emittance of the material must be known. For several influencing parameters the emittance of paper and board has not previously been studied in detail. This is partly due to the lack of emittance measurement methods that allow for studying the influence of these parameters. An angle-resolved goniometric method for measuring the infrared emittance of a material was developed in this thesis. The method is based on the reference emitter methodology, and uses commercial infrared cameras to determine the emittance. The method was applied to study the dependence on wavelength range, temperature, observation angle, moisture ratio, sample composition, and sample structure of the emittance of paper and board samples. It was found that the emittance varied significantly with wavelength range, observation angle and moisture ratio. The emittance was significantly higher in the LWIR (Long-Wavelength Infrared) range than in the MWIR (Mid-Wavelength Infrared) range. The emittance was approximately constant up to an observation angle of 60° in the MWIR range and 70° in the LWIR range, respectively. After that it started to decrease. The emittance of moist samples was significantly higher than that of dry samples. The influence of moisture ratio on the emittance could be estimated based on the moisture ratio of the sample, and the emittance of pure water and dry material, respectively. The applicability of measured emittance values was demonstrated in an investigation of the mechanical properties of sack paper samples. An infrared camera was applied to monitor the generation of heat during a tensile test of a paper sample. It was found that the observed increase in thermal energy at the time of rupture corresponded well to the value of the elastic energy stored in the sample just prior to rupture. The measured emittance value provided an increased accuracy in the thermal energy calculation based on the infrared images. / <p>QC 20121121</p>