Experiments on the excitation of propagating surface plasmons (SPs) by an ultrashort, high intensity laser interaction with grating targets are reviewed. At intensities exceeding 1019 W cm−2 on target, i.e., in the strongly relativistic regime of electron dynamics, multi-megaelectronvolt electrons are accelerated by the SP field as dense bunches collimated in a near-tangent direction. By the use of a suitable blazed grating, the bunch charge can be increased up to ≈660 pC. Intense extreme ultraviolet high harmonics (HHs) diffracted by the grating are observed when a plasma with a submicrometer scale is produced at the target surface by a controlled prepulse. When the SP is excited, the HHs are strongly enhanced in a direction quasi-parallel to the electrons. Simulations suggest that the HHs are boosted by nanobunching in the SP field of the electrons which scatter the laser field. Besides the static and dynamic tailoring of the target density profile, further control of electron and HH emission might be achieved by changing the SP duration using a laser pulse with a rotating wavefront. The latter technique may allow the production of nearly single-cycle SPs.

1.
G.
Manfredi
,
Phys. Plasmas
25
,
031701
(
2018
).
2.
J.-C.
Gauthier
,
S.
Bastiani
,
P.
Audebert
,
J.-P.
Geindre
,
K.
Neuman
,
T. D.
Donnelly
,
M.
Hoffer
,
R. W.
Falcone
,
R. L.
Shepherd
,
D. F.
Price
, and
W. E.
White
,
Proc. SPIE
2523
,
242
(
1995
).
3.
D.
Strickland
and
G.
Mourou
,
Opt. Commun.
55
,
447
(
1985
).
4.
S.
Kahaly
,
S. K.
Yadav
,
W. M.
Wang
,
S.
Sengupta
,
Z. M.
Sheng
,
A.
Das
,
P. K.
Kaw
, and
G. R.
Kumar
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
145001
(
2008
).
5.
G.
Hu
,
A.
Lei
,
W.
Wang
,
X.
Wang
,
L.
Huang
,
J.
Wang
,
Y.
Xu
,
J.
Liu
,
W.
Yu
,
B.
Shen
,
R.
Li
, and
Z.
Xu
,
Phys. Plasmas
17
,
033109
(
2010
).
6.
S.
Bagchi
,
P. P.
Kiran
,
W.-M.
Wang
,
Z. M.
Sheng
,
M. K.
Bhuyan
,
M.
Krishnamurthy
, and
G. R.
Kumar
,
Phys. Plasmas
19
,
030703
(
2012
).
7.
H. C.
Kapteyn
,
M. M.
Murnane
,
A.
Szoke
, and
R. W.
Falcone
,
Opt. Lett.
16
,
490
(
1991
).
8.
B.
Dromey
,
S.
Kar
,
M.
Zepf
, and
P.
Foster
,
Rev. Sci. Instrum.
75
,
645
(
2004
).
9.
A.
Lévy
,
T.
Ceccotti
,
P.
D'Oliveira
,
F.
Réau
,
M.
Perdrix
,
F.
Quéré
,
P.
Monot
,
M.
Bougeard
,
H.
Lagadec
,
P.
Martin
,
J.-P.
Geindre
, and
P.
Audebert
,
Opt. Lett.
32
,
310
(
2007
).
10.
C.
Thaury
,
F.
Quéré
,
J.-P.
Geindre
,
A.
Levy
,
T.
Ceccotti
,
P.
Monot
,
M.
Bougeard
,
F.
Réau
,
P.
d'Oliveira
,
P.
Audebert
,
R.
Marjoribanks
, and
P.
Martin
,
Nat. Phys.
3
,
424
(
2007
).
11.
A.
Macchi
,
Phys. Plasmas
25
,
031906
(
2018
).
12.
T.
Ceccotti
,
V.
Floquet
,
A.
Sgattoni
,
A.
Bigongiari
,
O.
Klimo
,
M.
Raynaud
,
C.
Riconda
,
A.
Heron
,
F.
Baffigi
,
L.
Labate
,
L. A.
Gizzi
,
L.
Vassura
,
J.
Fuchs
,
M.
Passoni
,
M.
Květon
,
F.
Novotny
,
M.
Possolt
,
J.
Prokůpek
,
J.
Proška
,
J.
Pšikal
,
L.
Štolcová
,
A.
Velyhan
,
M.
Bougeard
,
P.
D'Oliveira
,
O.
Tcherbakoff
,
F.
Réau
,
P.
Martin
, and
A.
Macchi
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
185001
(
2013
).
13.
L.
Fedeli
,
A.
Sgattoni
,
G.
Cantono
,
D.
Garzella
,
F.
Réau
,
I.
Prencipe
,
M.
Passoni
,
M.
Raynaud
,
M.
Květoň
,
J.
Proska
,
A.
Macchi
, and
T.
Ceccotti
,
Phys. Rev. Lett.
116
,
015001
(
2016
).
14.
G.
Cantono
,
L.
Fedeli
,
A.
Sgattoni
,
A.
Denoeud
,
L.
Chopineau
,
F.
Réau
,
T.
Ceccotti
, and
A.
Macchi
,
Phys. Rev. Lett.
120
,
264803
(
2018
).
15.
G.
Cantono
,
A.
Sgattoni
,
L.
Fedeli
,
D.
Garzella
,
F.
Réau
,
C.
Riconda
,
A.
Macchi
, and
T.
Ceccotti
,
Phys. Plasmas
25
,
031907
(
2018
).
16.
C.
Pellegrini
,
A.
Marinelli
, and
S.
Reiche
,
Rev. Mod. Phys.
88
,
015006
(
2016
).
17.
J. A.
Wheeler
,
A.
Borot
,
S.
Monchocé
,
H.
Vincenti
,
A.
Ricci
,
A.
Malvache
,
R.
Lopez-Martens
, and
F.
Quéré
,
Nat. Photonics
6
,
829
(
2012
).
18.
H.
Vincenti
and
F.
Quéré
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
113904
(
2012
).
19.
F.
Pisani
,
L.
Fedeli
, and
A.
Macchi
,
ACS Photonics
5
,
1068
(
2018
).
20.
F.
Quéré
,
H.
Vincenti
,
A.
Borot
,
S.
Monchocé
,
T. J.
Hammond
,
K. T.
Kim
,
J. A.
Wheeler
,
C.
Zhang
,
T.
Ruchon
,
T.
Auguste
,
J. F.
Hergott
,
D. M.
Villeneuve
,
P. B.
Corkum
, and
R.
Lopez-Martens
,
J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys.
47
,
124004
(
2014
).
21.
K. F.
MacDonald
,
Z. L.
Sámson
,
M. I.
Stockman
, and
N. I.
Zheludev
,
Nat. Photonics
3
,
55
(
2009
).
22.
P.
Dombi
,
S. E.
Irvine
,
P.
Rácz
,
M.
Lenner
,
N.
Kroó
,
G.
Farkas
,
A.
Mitrofanov
,
A.
Baltuška
,
T.
Fuji
,
F.
Krausz
, and
A. Y.
Elezzabi
,
Opt. Express
18
,
24206
(
2010
).
23.
M.
Krüger
,
M.
Schenk
, and
P.
Hommelhoff
,
Nature
475
,
78
(
2011
).
24.
P.
Rácz
,
S.
Irvine
,
M.
Lenner
,
A.
Mitrofanov
,
A.
Baltuška
,
A.
Elezzabi
, and
P.
Dombi
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
111116
(
2011
).
25.
R.
Li
,
H.
To
,
G.
Andonian
,
J.
Feng
,
A.
Polyakov
,
C.
Scoby
,
K.
Thompson
,
W.
Wan
,
H.
Padmore
, and
P.
Musumeci
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
074801
(
2013
).
26.
A.
Polyakov
,
C.
Senft
,
K.
Thompson
,
J.
Feng
,
S.
Cabrini
,
P.
Schuck
,
H.
Padmore
,
S. J.
Peppernick
, and
W. P.
Hess
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
076802
(
2013
).
27.
A.
Sgattoni
,
L.
Fedeli
,
G.
Cantono
,
T.
Ceccotti
, and
A.
Macchi
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
58
,
014004
(
2016
).
28.
S. A.
Maier
,
Plasmonics: Fundamentals and Applications
(
Springer Science and Business Media
,
2007
).
29.
T.
Tsang
,
T.
Srinivasan-Rao
, and
J.
Fischer
,
Phys. Rev. B
43
,
8870
(
1991
).
30.
P.
Dombi
and
P.
Rácz
,
Opt. Express
16
,
2887
(
2008
).
31.
T. Y.
Hwang
,
A. Y.
Vorobyev
, and
C.
Guo
,
Phys. Rev. B
79
,
085425
(
2009
).
32.
Y.
Watanabe
,
W.
Inami
, and
Y.
Kawata
,
J. Appl. Phys.
109
,
023112
(
2011
).
33.
Y.
Gong
,
A. G.
Joly
,
L. M.
Kong
,
P. Z.
El-Khoury
, and
W. P.
Hess
,
Phys. Rev. Appl.
2
,
064012
(
2014
).
34.
A.
Ono
,
N.
Shiroshita
,
M.
Kikawada
,
W.
Inami
, and
Y.
Kawata
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
48
,
184005
(
2015
).
35.
J.
Zawadzka
,
D. A.
Jaroszynski
,
J. J.
Carey
, and
K.
Wynne
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
2130
(
2001
).
36.
J.
Kupersztych
,
P.
Monchicourt
, and
M.
Raynaud
,
Phys. Rev. Lett.
86
,
5180
(
2001
).
37.
J.
Kupersztych
,
M.
Raynaud
, and
C.
Riconda
,
Phys. Plasmas
11
,
1669
(
2004
).
38.
S. E.
Irvine
,
A.
Dechant
, and
A. Y.
Elezzabi
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
184801
(
2004
).
39.
S. E.
Irvine
and
A. Y.
Elezzabi
,
Phys. Rev. A
73
,
013815
(
2006
).
40.
T.
Tajima
and
J. M.
Dawson
,
Phys. Rev. Lett.
43
,
267
(
1979
).
41.
C.
Riconda
,
M.
Raynaud
,
T.
Vialis
, and
M.
Grech
,
Phys. Plasmas
22
,
073103
(
2015
).
42.
M.
Yeung
,
B.
Dromey
,
C.
Rödel
,
J.
Bierbach
,
M.
Wünsche
,
G.
Paulus
,
T.
Hahn
,
D.
Hemmers
,
C.
Stelzmann
,
G.
Pretzler
, and
M.
Zepf
,
New J. Phys.
15
,
025042
(
2013
).
43.
G.
Zhang
,
M.
Chen
,
F.
Liu
,
X.
Yuan
,
S.
Weng
,
J.
Zheng
,
Y.
Ma
,
F.
Shao
,
Z.
Sheng
, and
J.
Zhang
,
Opt. Express
25
,
23567
(
2017
).
44.
U.
Teubner
and
P.
Gibbon
,
Rev. Mod. Phys.
81
,
445
(
2009
).
45.
C.
Thaury
and
F.
Quéré
,
J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys.
43
,
213001
(
2010
).
46.
M.
Yeung
,
M.
Zepf
,
M.
Geissler
, and
B.
Dromey
,
Opt. Lett.
36
,
2333
(
2011
).
47.
M.
Cerchez
,
A. L.
Giesecke
,
C.
Peth
,
M.
Toncian
,
B.
Albertazzi
,
J.
Fuchs
,
O.
Willi
, and
T.
Toncian
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
065003
(
2013
).
48.
L.
Fedeli
,
A.
Sgattoni
,
G.
Cantono
, and
A.
Macchi
,
Appl. Phys. Lett.
110
,
051103
(
2017
).
49.
S.
Kahaly
,
S.
Monchocé
,
H.
Vincenti
,
T.
Dzelzainis
,
B.
Dromey
,
M.
Zepf
,
P.
Martin
, and
F.
Quéré
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
175001
(
2013
).
50.
S. J.
Smith
and
E. M.
Purcell
,
Phys. Rev.
92
,
1069
(
1953
).
51.
K.
Mizuno
,
S.
Ono
, and
O.
Shimoe
,
Nature
253
,
184
(
1975
).
53.
G.
Sciaini
and
R. J. D.
Miller
,
Rep. Prog. Phys.
74
,
096101
(
2011
).
54.
55.
M.
Hentschel
,
R.
Kienberger
,
C.
Spielmann
,
G. A.
Reider
,
N.
Milosevic
,
T.
Brabec
,
P.
Corkum
,
U.
Heinzmann
,
M.
Drescher
, and
F.
Krausz
,
Nature
414
,
509
(
2001
).
56.
A.
Baltuška
,
T.
Udem
,
M.
Uiberacker
,
M.
Hentschel
,
E.
Goulielmakis
,
C.
Gohle
,
R.
Holzwarth
,
V. S.
Yakovlev
,
A.
Scrinzi
,
T. W.
Hänsch
, and
F.
Krausz
,
Nature
421
,
611
(
2003
).
57.
P.
Agostini
and
L. F.
DiMauro
,
Rep. Prog. Phys.
67
,
813
(
2004
).
58.
A. L.
Cavalieri
,
N.
Müller
,
T.
Uphues
,
V. S.
Yakovlev
,
A.
Baltuška
,
B.
Horvath
,
B.
Schmidt
,
L.
Blümel
,
R.
Holzwarth
,
S.
Hendel
,
M.
Drescher
,
U.
Kleineberg
,
P. M.
Echenique
,
R.
Kienberger
,
F.
Krausz
, and
U.
Heinzmann
,
Nature
449
,
1029
(
2007
).
59.
P. B.
Corkum
and
F.
Krausz
,
Nat. Phys.
3
,
381
(
2007
).
60.
F.
Krausz
and
M.
Ivanov
,
Rev. Mod. Phys.
81
,
163
(
2009
).
61.
A. F.
Oskooi
,
D.
Roundy
,
M.
Ibanescu
,
P.
Bermel
,
J.
Joannopoulos
, and
S. G.
Johnson
,
Comput. Phys. Commun.
181
,
687
(
2010
).
62.
S.
Monchocé
,
S.
Kahaly
,
A.
Leblanc
,
L.
Videau
,
P.
Combis
,
F.
Réau
,
D.
Garzella
,
P.
D'Oliveira
,
P.
Martin
, and
F.
Quéré
,
Phys. Rev. Lett.
112
,
145008
(
2014
).
63.
A.
Leblanc
,
A.
Denoeud
,
L.
Chopineau
,
G.
Mennerat
,
P.
Martin
, and
F.
Quéré
,
Nat. Phys.
13
,
440
(
2017
).
64.
M. I.
Stockman
,
Opt. Express
19
,
22029
(
2011
).
65.
M.
Kauranen
and
A. V.
Zayats
,
Nat. Photonics
6
,
737
(
2012
).
You do not currently have access to this content.