Lorsqu'une impulsion laser ultra-courte et très intense est focalisée sur du verre, celui-ci est instantanément « vaporisé » en surface. Le plasma ainsi créé réfléchit l'impulsion laser et, pour cette raison, est appelé « miroir plasma ».
En s'appuyant sur des résultats expérimentaux et des simulations numériques, les chercheurs ont mis en lumière deux régimes distincts de couplage entre le laser et le plasma pour des intensités supérieures à 1018 W/cm². Ils montrent que ces régimes sont régis par l'extension spatiale du plasma, étroitement liée à la durée de sa « détente ». Pour varier ce paramètre, les physiciens prélèvent une fraction de l'impulsion laser (pré-impulsion) pour créer un plasma avec un temps d'avance ajustable par rapport à l'arrivée de l'impulsion principale.
Les simulations révèlent que si cette avance permet au plasma de s'étendre sur une fraction significative de la longueur d'onde, la dynamique des électrons du plasma adopte un comportement chaotique caractérisé. L'impulsion peut alors pénétrer dans le plasma et les champs laser incident et réfléchi forment une figure d'interférences à l'origine d'une détérioration de la qualité du faisceau réfléchi.
Pour des temps d'avance inférieurs, le plasma reste dense et confiné dans une zone de l'ordre du dixième de la longueur d'onde. Les électrons du plasma absorbent une grande partie de l'intensité laser et ils sont alternativement expulsés et rétro-accélérés par le champ laser intense avec une efficacité qui optimise l'émission d'harmoniques.
Ces travaux ont été réalisés en collaboration avec le Lawrence Berkeley National Lab (États-Unis).