Description de la photoionisation de l'eau au moyen d'impulsions laser fs à 790nm dans le régime d'autofocalisation : applications possibles dans le domaine de la radiobiologie

Cette étude projette de décrire le processus de photo-ionisation de l’eau liquide par des impulsions laser de haute puissance. De nos analyses on peut dégager la possibilité de nouvelles applications des lasers femtoseconde dans le domaine de la radiobiologie. Cela est soutenu par les similitudes observées entre les effets sur l’eau de certains types de radiation et des impulsions laser fs, en comparant, pour ces deux situations, la distribution spatiale de la densité d’ionisation. En agissant sur différents paramètres du faisceau laser, il est possible de contrôler la distribution spatiale de la densité d’ionisation. Pour fonder ce pouvoir de contrôle, nous devons faire appel à un corpus théorique, qui nous permet de relier nos actions sur certains paramètres physiques, aux effets résultants. Or, les caractéristiques de la distribution d’ionisation sont déterminées par la propagation de la lumière laser et par les mécanismes d’ionisation. Étant donné la puissance élevée des impulsions utilisées, pour expliquer leur propagation à travers la matière nous devons nous mettre dans la perspective de l’optique non linéaire. Des études entreprises par d’autres chercheurs, jumelées aux conclusions de nos propres résultats, montrent que l’effet d’autofocalisation joue un rôle central dans les conditions expérimentales qui nous intéressent ici. Quant à l’aspect théorique de cet effet, nous avons adopté le modèle utilisé par l’équipe de S. L. Chin. En ce qui a trait à l’ionisation de la matière par un faisceau laser puisé en régime de champ intense, nous faisons appel à deux mécanismes représentés par les modèles de l’ionisation multiphotonique/tunnel de Keldysh et par le modèle de l’avalanche d’ionisation développé par Shen. À l’aide d’un montage d’absorption transitoire, nous pouvons mesurer, en temps réel, l’absorption des électrons solvatés. Faisant appel au modèle théorique sur l’autofocalisation, nous pouvons mettre en évidence des traces d’ionisation, sous forme de filaments, le long de la trajectoire des impulsions laser. Le diamètre de ces filaments est caractéristique du matériau et a été estimé, pour l’eau, à quelques microns. La longueur de ces formations filamenteuses d’ionisation varie avec l’intensité du faisceau laser, de zéro à quelques dizaines de millimètres. De plus, l’ordre de grandeur de la concentration volumique moyenne d’électrons solvatés, à l’intérieur des filaments, a été estimé à 10[indice supérieur 17] (électrons/cm[indice supérieur 3]). Dans les situations où le breakdown optique est présent, la densité d’ionisation dépasse 10[indice supérieur 18] (électrons/cm[indice supérieur 3]). Les caractéristiques de la distribution spatiale de la densité d’ionisation, provoquée par des impulsions laser en régime d’autofocalisation, sont, à notre avis, fort prometteuses pour la radiobiologie et la chimie sous rayonnement. Les résultats expérimentaux présentés dans cette étude sont également importants pour la physique. En effet, c’est la première fois qu’une étude directe et en temps réel a été menée sur la distribution des électrons solvatés engendrée par une impulsion laser fs, en régime d’autofocalisation. Nos résultats corroborent les prédictions du modèle théorique portant sur la propagation non linéaire