Modification of laser beam coherence in inertial confinement fusion plasmas
Modifications des propriétés de cohérence des faisceaux laser dans les plasmas de fusion par confinement inertiel
Résumé
Inertial con finement fusion by laser requires smoothed laser beam with well-controlled coherence
properties. Such beams are made of many randomly distributed intensity maxima: the so-called speckles.
As the laser beam propagates through a plasma its temporal and spatial coherence can be reduced.
This phenomenon is called plasma induced smoothing. For high laser intensities, instabilities developping
independently inside the speckles are responsible for the coherence loss. At lower intensities, only
collective effects, involving many speckles, can lead to induced smoothing. This thesis is a theoretical,
numerical and experimental study of these mecanisms.
Accounting for the partially incoherent behavior of the laser beams requires the use of statistical
description of the laser-plasma interaction. A model is developped for the multiple scattering of the
laser light on the self-induced density perturbations that is responsible for a spreading of the temporal
and spatial spectra of the transmitted light. It also serves as a strong seed for the instability of forward
stimulated Brillouin scattering that induces both, angular spreading and red-shift of the transmitted
light. A statistical model is developped for this instability. A criterium is obtained that gives a laser
power (below the critical power for lamentation) above which the instability growth is important.
Numerical simulations with the interaction code PARAX and an experiment performed on the ALISE
laser facility con rm the importance of these forward scattering mecanisms in the modi cation of the
laser coherence properties.
La fusion inertielle par laser requiert l'utilisation de faisceaux lissés aux propriétés de cohérence contrôlables. Ces faisceaux contiennent une multitude de surintensités : les speckles. Lors de leur propagation dans un plasma, les propriétés de cohérence de ces faisceaux peuvent être modifiées, on parle de lissage par plasma. A haute intensité, des instabilités se développant au sein même des speckles induisent la perte de cohérence. A plus basse intensité, des mécanismes collectifs mettant en jeu plusieurs speckles sont responsable du lissage induit. Cette thèse constitue une étude théorique, numérique et expérimentale de ces mécanismes. La prise en compte du caractère incohérent des faisceaux laser requiert l'utilisation d'outils statistiques pour décrire l'interaction laser-plasma. Un modèle est développé pour la diffusion multiple de l'onde laser sur les fluctuations de densité induites par l'ensemble des speckles. Cette diffusion est responsable d'un élargissement du spectre spatial et temporel de l'onde laser. Elle sert de germe à l'instabilité de diffusion Brillouin stimulée vers l'avant, laquelle induit à la fois un élargissement spectral et un décalage vers le rouge de la lumière transmise. Un modèle analytique est développé pour cette instabilité. Un nouveau critère est établi qui détermine une puissance (sous la puissance critique pour la filamentation) au delà de laquelle cette instabilité croît fortement. Des simulations numériques réalisées avec le code PARAX est une expérience réalisée sur le laser ALISE confirment la présence importante de ces mécanismes de diffusion vers l'avant à basse intensité et leur rôle dans le lissage induit par plasma.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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