• Langue : Anglais
• Discipline : Milieux dilués et optique fondamentale
• Identifiant : 2026ULILR003
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 11/02/2026

Résumé en langue originale

L'opération courante et l'étude des sources de lumière modernes basées sur des accélérateurs, telles que les Lasers à Électrons Libres (LEL), exigent des diagnostics monocoup de haute fidélité, capables de fonctionner à des taux de répétition de l'ordre du MHz. La caractérisation précise et non destructive de la forme longitudinale du paquet d'électrons ou du rayonnement Terahertz (THz) qui en résulte est essentiel pour l'optimisation de ces installations complexes. Bien que les avancées récentes en Electro-Optic Spectral Decoding (EOSD) aient permis des percées en résolution temporelle avec la méthode Diversity Electro-Optic Sampling (DEOS) et des taux d'acquisition de l'ordre du MHz avec le Photonic Time-Stretch (PTS), des défis importants subsistent, notamment en ce qui concerne la fidélité de la reconstruction du signal et les limitations de la bande passante de lecture. Cette thèse aborde ces lacunes en surmontant la perte de fidélité due à la dispersion non linéaire sur l'impulsion laser sonde chirpée pour le THz large bande, ainsi que les contraintes de bande passante d'acquisition pour la caractérisation du THz à bande étroite de haute fréquence.Pour la caractérisation des impulsions THz large bande, la limitation de fidélité causée par la dispersion non linéaire du laser sonde chirpé est levée par un nouvel algorithme Self-Adaptive Dispersion (SAD) développé dans cette thèse. L'algorithme SAD reconstruit avec précision le signal THz complet tout en caractérisant simultanément l'amplitude complexe (amplitude, phase et dispersion) du laser sonde chirpé. Ce faisant, il permet une reconstruction fidèle du signal THz large bande sur de longues fenêtrestemporelles. La robustesse et les performances à haute fidélité des mesures du système DEOS-SAD sont démontrées par des diagnostics de routine, monocoup et à un taux de répétition de l'ordre du MHz pour la forme des paquets d'électrons aux installations European XFEL et FLASH.Pour la caractérisation des impulsions THz à bande étroite de haute fréquence, la contrainte de bande passante d'acquisition des systèmes de détection électro-optique conventionnels est surmontée par l'introduction d'une nouvelle technique de détection électro-optique hétérodyne combinée au Photonic Time-Stretch. Cette méthode réduit la bande passante d'acquisition nécessaire tout en préservant l'intégrité du signal. Sa faisabilité a été démontrée à l'installation FELBE, où elle a permis lediagnostic monocoup de la Carrier-Envelope Phase de la sortie du LEL à l'aide d'un système d'acquisition à faible bande passante.

Résumé traduit

The routine operation and investigation of modern accelerator-based light sources, such as Free-Electron Lasers (FELs), demand high-fidelity, single-shot diagnostics capable of operating at MHz repetition rates. Accurate, non-destructive characterization of the longitudinal electron bunch shape or the resulting terahertz (THz) radiation is essential for optimizing these complex facilities. While recent advancements in Electro-Optic Spectral Decoding (EOSD) have successfully achieved breakthroughs in temporal reso-lution with the Diversity Electro-Optic Sampling (DEOS) method and MHz acquisition rates with Photonic Time-Stretch (PTS), key challenges remain, particularly regarding signal reconstruction fidelity and readouts bandwidth limitations. This thesis addresses these shortcomings by overcoming the fidelity loss due to non-linear dispersion on chirped probe laser pulse for broadband THz, as well as the readout bandwidth constraints for the characterization of high-frequency narrowband THz.For the characterization of broadband THz pulses, the fidelity limitation caused by the non-linear dispersion of the chirped probe laser is overcome by a novel Self-Adaptive Dispersion (SAD) algorithm developed in this thesis. The SAD algorithm accurately reconstructs the full THz signal while simultaneously characterizing the complex amplitude (amplitude, phase, and precise dispersion) of the chirped probe laser. In doing so, it enables a faithful reconstruction of the broadband THz signal over long temporal windows. The robustness and the high-fidelity performance of the DEOS-SAD system are demonstrated through routine, single-shot, MHz-rate diagnostics of the electron bunch shape at the European XFEL and FLASH facilities. For the characterization of high-frequency narrowband THz pulses, the acquisition bandwidth constraint of conventional electro-optic detection systems is overcome by introducing a novel heterodyne electro-optic detection technique combined with Photonic Time-Stretch. This method reduces the necessary readout bandwidth while preserving signal integrity. Its feasibility was demonstrated at the FELBE facility, where it enabled the single-shot diagnostics of the Carrier-Envelope Phase (CEP) of the FEL output using a low-bandwidth acquisition system.