Etude expérimentale et numérique de la distribution d'intensité laser dans un plasma et de son infkuence sur la diffusion Brillouin stimulée PDF Download
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Author: Kévin Lewis
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Languages : fr
Pages : 242
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Book Description
L'étude de la propagation d'un faisceau laser intense dans un plasma chaud est très importante pour la fusion thermonucléaire par confinement inertiel. Nous présentons dans ce travail de thèse des expériences réalisées à l'aide d'un faisceau laser focalisé au plus proche de la limite de diffraction, afin de simplifier la géométrie de l'interaction laser plasma, et de comparer les résultats obtenus avec ceux de simulations numériques adaptées aux conditions de l'expérience. Nous étudions la modification de la distribution d'intensité laser au cours du temps, et en différents plans de propagation, à partir de l'imagerie résolue en temps et en espace de cette distribution d'intensité, en champ proche et en champ lointain. Nous présentons notamment la première observation expérimentale de l'instabilité de filament, l'éclatement du faisceau fonction du temps, de l'espace, du gradient de vitesse. Nous donnons enfin la première et unique observation d'images de la localisation transverse de la rétrodiffusion Brillouin stimulée.
Author: Kévin Lewis
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Languages : fr
Pages : 242
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L'étude de la propagation d'un faisceau laser intense dans un plasma chaud est très importante pour la fusion thermonucléaire par confinement inertiel. Nous présentons dans ce travail de thèse des expériences réalisées à l'aide d'un faisceau laser focalisé au plus proche de la limite de diffraction, afin de simplifier la géométrie de l'interaction laser plasma, et de comparer les résultats obtenus avec ceux de simulations numériques adaptées aux conditions de l'expérience. Nous étudions la modification de la distribution d'intensité laser au cours du temps, et en différents plans de propagation, à partir de l'imagerie résolue en temps et en espace de cette distribution d'intensité, en champ proche et en champ lointain. Nous présentons notamment la première observation expérimentale de l'instabilité de filament, l'éclatement du faisceau fonction du temps, de l'espace, du gradient de vitesse. Nous donnons enfin la première et unique observation d'images de la localisation transverse de la rétrodiffusion Brillouin stimulée.
Author: ELISA.. SCHIFANO
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Languages : fr
Pages : 227
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CETTE THESE A POUR OBJET L'ETUDE EXPERIMENTALE DE LA RETRODIFFUSION BRILLOUIN STIMULEE AINSI QUE SON COUPLAGE AVEC LA FILAMENTATION DANS L'INTERACTION D'UN FAISCEAU LASER AVEC UN PLASMA SOUS-DENSE PREFORME. L'UTILISATION DE DIFFERENTES GEOMETRIES D'INTERACTION NOUS A PERMIS D'ETUDIER LES EFFETS DE L'HOMOGENEITE DU PLASMA ET DE SON EXPANSION SUR L'INSTABILITE BRILLOUIN. L'ADJONCTION DE LAME DE PHASE ALEATOIRE SUR LE FAISCEAU D'INTERACTION NOUS A PERMIS D'EFFECTUER DES MESURES DANS DIFFERENTS REGIMES DE CROISSANCE DE LA FILAMENTATION. L'ENSEMBLE DES RESULTATS FAIT RESSORTIR D'UNE PART UN NIVEAU DE SATURATION DE LA REFLECTIVITE PEU SENSIBLE A LA GEOMETRIE DU PLASMA. CECI EST IMPORTANT POUR LA COMPREHENSION DES MECANISMES DE SATURATION DE L'INSTABILITE BRILLOUIN, CAR IL EST LIE A L'APPARITION D'UN REGIME NON-LINEAIRE DES ONDES ACOUSTIQUES IONIQUES ASSOCIEES A L'INSTABILITE. D'AUTRE PART, LES CARACTERISTIQUES SPECTRALES SONT INTERPRETEES PAR LA CONTRIBUTION DE L'EFFET DOPPLER AINSI QU'UN CHANGEMENT DE LA LOCALISATION DES ONDES ACOUSTIQUES IONIQUES DANS LE PROFIL DE DENSITE EN FONCTION DE L'INTENSITE LASER. CETTE EXPLICATION EST CONFIRMEE EXPERIMENTALEMENT GRACE AU DIAGNOSTIC DE DIFFUSION THOMSON SUR LES ONDES ACOUSTIQUES IONIQUES. UNE ORIGINE POSSIBLE DU DEPLACEMENT DU SITE D'ACTIVITE DE L'INSTABILITE EST LA FILAMENTATION, CE QUI EST CONFIRME PAR LA MISE EN EVIDENCE D'UNE CORRELATION ENTRE LES DEUX INSTABILITES
Author: Jérémie Rolle
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Languages : fr
Pages : 0
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Dans cette thèse, nous étudions l'influence d'un plasma non-stationnaire produit par des impulsions laser en régime d'auto-focalisation. Cette auto-focalisation est couplée à des non-linéarités Brillouin pour des impulsions nanosecondes dans les verres de silice. Elle excite différents canaux d'ionisation dans les cristaux de KDP irradiées par des impulsions femtosecondes. Tout d'abord, nous dérivons les équations de propagation des ondes optiques laser et Stokes sujettes à la filamentation due à l'effet Kerr, la rétrodiffusion Brillouin et à la génération de plasma. Dans une deuxième partie, nous présentons des résultats numériques sur la propagation non-linéaire de faisceaux LIL. Ceux-ci révèlent l'importance de la distribution temporelle de l'impulsion pompe dans la compétition entre auto-compression Kerr et la rétrodiffusion Brillouin stimulée. Ces simulations préliminaires permettent de valider le système anti-Brillouin opté pour le LMJ sur la base de faisceaux millimétriques.Dans une troisième partie, nous présentons des résultats théoriques et numériques sur la filamentation d'impulsions nanosecondes opérant dans l'ultraviolet et l'infrarouge. L'influence d'un plasma inertiel sur la dynamique de couplage de deux ondes en contre-propagation est examinée. Dans une configuration à une onde, une analyse variationnelle reproduit les caractéristiques globales d'un équilibre quasi-stationnaire entre auto-compression Kerr et défocalisation plasma. Toutefois, cet équilibre cesse pour faire place à des instabilités modulationnelles induites par rétroaction du plasma sur l'onde de pompe. Nous montrons que des modulations de phase supprimant la rétrodiffusion Brillouin permettent d'inhiber ces instabilités plasma. La robustesse de ces modulations de phase est testée en présence d'un bruit aléatoire dans le profil de l'impulsion laser.Enfin, nous étudions numériquement la dynamique non-linéaire d'impulsions femtosecondes se propageant dans la silice et le KDP. Premièrement, nous montrons que la présence de défauts impliquant moins de photons pour exciter un électron de la bande de valence à la bande de conduction promeut des intensités de filamentation plus élevées. Ensuite, nous comparons la dynamique de filamentation dans la silice avec celle dans un cristal KDP. Le modèle d'ionisation pour le KDP prend en compte la présence de défauts et la dynamique électrons-trous. Nous montrons que la dynamique de propagation dans la silice et le KDP présente des analogies remarquables pour des rapports de puissance incidente sur puissance critique équivalents.La conclusion nous permet de résumer les résultats originaux obtenus dans le cadre de cette thèse et d'en discuter des développements ultérieurs possibles.
Author: Christine Garban
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Languages : fr
Pages : 146
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ETUDE DU RAYONNEMENT LASER REFLECHI DANS UNE EXPERIENCE D'INTERACTION LASER CO::(2) AVEC UNE CIBLE PLANE EN POLYETHYLENE. ETUDE DE QUELQUES ASPECTS THEORIQUES SUR LES MECANISMES D'INTERACTION MODIFIANT LE PROFIL SPECTRAL DE L'ONDE INCIDENTE: MODULATION DE PHASE ET D'AMPLITUDE D'UNE ONDE SE PROPAGEANT DANS UN MILIEU D'INDICE VARIABLE, EFFET DOPPLER, INSTABILITES PARAMETRIQUES ET MODES DE GENERATION DES HARMONIQUES. ETUDE EXPERIMENTALE DE LA PUISSANCE LASER REFLECHIE A 10,59 MU ET INTERPRETATION A L'AIDE DU BREMSSTRAHLUNG INVERSE. ANALYSE SPECTRALE DU RAYONNEMENT REFLECHI A 10,59 MU ET MISE EN EVIDENCE DE LA DIFFUSION BRILLOUIN STIMULEE. OBSERVATIONS DES HARMONIQUES ET MISE EN EVIDENCE DES INSTABILITES PARAMETRIQUES MISES EN CAUSE. DISCUSSION SUR L'UTILISATION DES RESULTATS COMME DIAGNOSTIC DE L'INTERACTION LASER-MATIERE.
Author: Clément Goyon
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Languages : fr
Pages : 163
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L'allumage par choc est un schéma de fusion réalisé en attaque directe qui se décompose en deux étapes. La première consiste en une compression de plusieurs nanosecondes à l'aide de faisceaux de quelques 1014 W/cm2 et la seconde en l'utilisation de faisceaux d'intensité supérieure à plusieurs 1015 W/cm2 pour créer un choc convergent déclenchant l'ignition. Le couplage du laser lors de la seconde étape soulève plusieurs questions. En effet, le laser doit traverser un plasma sous critique chaud, de taille millimétrique avant de déposer son énergie et créer le choc. Dans ce domaine mal connu expérimentalement et numériquement, on ne sait pas quelle sera la fraction d'énergie absorbée ou comment vont influer les instabilités paramétriques sur la propagation. Dans ce manuscrit, nous proposons une étude expérimentale de l'interaction d'un faisceau d'intensité comprise entre 2.1015 W/cm2 et 2.1016 W/cm2 dans un plasma de l'ordre du millimètre et à une température proche du keV. D'abord, nous présentons les conditions d'interaction dans le plasma coronal. L'instabilité Brillouin est en régime de couplage fort, l'instabilité Raman est en régime cinétique et l'intensité est au-dessus du seuil de filamentation pondéromotrice. Expérimentalement, nous approchons au mieux les conditions hydrodynamiques données par l'étude théorique en utilisant des cibles de mousses et des feuilles minces préformées. Nous présentons les premières mesures résolues en temps des spectres rétrodiffusés du faisceau picoseconde, lissé par une lame de phase aléatoire, ainsi que la distribution d'intensité transmise dans ce type de plasma. Nous mettons en évidence des mesures d'énergie rétrodiffusée par l'instabilité Brillouin pouvant atteindre 60% de l'énergie incidente pour les densités électronique de plasma les plus importantes. L'instabilité Raman n'induit quant à elle, pas de perte d'énergie conséquente. En ce qui concerne la distribution de l'intensité transmise, nous observons un lissage et une augmentation du diamètre de cette dernière par rapport à la tache focale à vide. Enfin nous surlignons l'importance de la prise en compte des instabilités paramétriques quant à la réussite du schéma d'allumage par choc en complétant nos observations avec résultats obtenus pour des impulsions nanoseconde moins intenses.
Author: SOPHIE.. BATON
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L'OBJET DE CETTE THESE EST L'ETUDE, ESSENTIELLEMENT EXPERIMENTALE, DE LA FILAMENTATION DANS L'INTERACTION LASER-PLASMA. LE TRAVAIL EXPERIMENTAL A PORTE, EN PARTICULIER, SUR LA REALISATION D'UN DIAGNOSTIC DE STRIOSCOPIE QUI SONDE TRANSVERSALEMENT LE PLASMA ET D'UNE IMAGERIE EN TRANSMISSION, RESOLUE OU INTEGREE EN TEMPS, DE LA COUPE TRANSVERSE DU PLASMA PENDANT L'INTERACTION. LES RESULTATS ISSUS DE CES DIAGNOSTICS, CORRELES ENTRE EUX, TENDENT A PROUVER L'EXISTENCE DE LA FILAMENTATION DANS NOS PLASMAS D'INTERACTION. LES RESULTATS ONT FAIT APPARAITRE DES STRUCTURES FILAMENTAIRES QUI SONT EN ACCORD AVEC LES LOIS D'ECHELLE DE LA FILAMENTATION PONDEROMOTRICE ETABLIES DANS LA PREMIERE PARTIE DE LA THESE. LES IMAGES RESOLUES EN TEMPS ONT MONTRE, PAR AILLEURS, UN COMPORTEMENT FILAMENTE DU FAISCEAU LASER, COHERENT AVEC LES RESULTATS DU DIAGNOSTIC DE STRIOSCOPIE. LES FILAMENTS SONT ASSOCIES A DES GRADIENTS DE DENSITE TRANSVERSES A LA DIRECTION DU FAISCEAU D'INTERACTION QUI PEUVENT ENTRAINER LA GENERATION DU DEUXIEME HARMONIQUE DU LASER LE LONG DE SON AXE. CETTE CONSEQUENCE INDIRECTE DE LA FILAMENTATION A ETE MISE EN EVIDENCE EXPERIMENTALEMENT ET ETAYEE PAR UN MODELE SIMPLE. ENFIN, L'INTERPOSITION DE LAMES DE PHASE ALEATOIRE A D'UNE PART, SUPPRIME LE COMPORTEMENT FILAMENTE DU FAISCEAU LASER ET D'AUTRE PART, REDUIT SENSIBLEMENT LES TAUX DES DIFFUSIONS RAMAN ET BRILLOUIN STIMULEES. CE DERNIER RESULTAT CONTRIBUE A L'ETUDE SUR LA CORRELATION DES INSTABILITES PARAMETRIQUES ENTRE ELLES
Author: NICOLAS.. SILVESTRE
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NOUS ETUDIONS DANS LE CHAPITRE DEUX UN AUTRE MECANISME IMPORTANT DE SATURATION EN TENANT COMPTE DU COUPLAGE ENTRE LE MOUVEMENT DES IONS ET L'ONDE PLASMA PENDANT SA CROISSANCE. CELUI-CI CREE UNE INSTABILITE MODULATIONNELLE, QUI ENTRAINE UNE PERTE DE COHERENCE DU SYSTEME ONDES LASER-PLASMA SUSCEPTIBLE DE STOPPER LE PROCESSUS D'EXCITATION RESONANTE DE L'ONDE PLASMA. DANS LE CHAPITRE TROIS NOUS ETUDIONS L'INSTABILITTE BRILLOUIN STIMULEE DANS SON REGIME CONVECTIF, PHENOMENE QUI JOUE UN ROLE TANT DANS LES ACCELERATEURS DE PARTICULES PAR BATTEMENT D'ONDE QUE DANS LES EXPERIENCES D'INTERACTIONS LASER-MATIERE OU L'ONDE SONORE EST FORTEMENT AMORTIE
Author: Mickael Grech
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Pages : 242
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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 filamentaion) 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.
Author: Maxime Duluc
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Languages : fr
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Dans le contexte de la fusion par confinement inertiel (FCI), le lissage optique est une technique utilisée pour obtenir une irradiation laser aussi homogène que possible, en modifiant les propriétés de cohérence temporelle et spatiale des faisceaux laser. L'utilisation du lissage optique est une nécessité sur les lasers de puissance comme le Laser MégaJoule (LMJ) pour limiter le développement des instabilités paramétriques issues de l'intéraction laser-plasma, et parmi elles, la rétrodiffusion Brillouin stimulée (RBS). Ces instabilités entraînent des défauts d'irradiation sur cible et peuvent aussi être une source d'endommagement dans la chaîne optique. Cependant ces techniques peuvent entraîner d'autres problèmes au niveau de la chaîne laser, tels que la conversion de modulation de phase en modulation d'amplitude (FM-AM), néfastes au bon déroulement des expériences et pouvant également endommager les chaînes laser.On comprend donc qu'il est nécessaire de trouver un compromis autour du lissage optique. L'évolution du compromis du lissage est cependant compliquée car la quantification des gains et des pertes est très difficile à établir. Ainsi, tant que la quantification n'est pas faite, le compromis n'évolue pas : le lasériste souhaite toujours moins de lissage et « l'expérimentateur » toujours plus de lissage mais aucun des deux ne peut apporter suffisamment d'éléments quantitatifs pour faire pencher la balance. Cette thèse propose donc de poser les premières briques permettant d'arriver à ce compromis pour le LMJ, à l'aide d'études théoriques et numériques.Nous comparons soigneusement le lissage longitudinal (LSSD) et transversal (TSSD) par dispersion spectrale dans une configuration de lissage idéale pour chaque cas. Avec des codes 3D, nous avons simulé la RBS dans un plasma d'or, typique des expériences de FCI et favorable au développement de la RBS. Nous montrons que, contrairement aux idées reçues, l'évolution temporelle de la RBS présente certaines différences entre les deux systèmes de lissage. Premièrement, les valeurs asymptotiques des niveaux de saturation ne sont pas tout à fait les mêmes. Avec une simple description des rayons et le calcul du gain RBS pour chaque rayon, nous avons pu expliquer cette différence. En outre, la dynamique de la RBS est également quelque peu différente. Nous avons montré que la dynamique RBS est déterminée par l'évolution temporelle des propriétés des surintensités et en particulier par la longueur d'interaction effective entre la lumière rétrodiffusée Brillouin et les points chauds. Cette longueur d'interaction effective dépend à la fois de la vitesse longitudinale et de la longueur des points chauds. En effet, la synchronisation des longueurs d'interaction effectives des deux schémas de lissage synchronise également la croissance des courbes de rétrodiffusion avant saturation.Nous montrons, également qu'il est possible de faire évoluer les paramètres de lissage du LMJ en illustrant une nouvelle façon de réduire la conversion FM-AM inévitablement présente dans les lasers de forte puissance. En répartissant le spectre total habituellement utilisé par un quadruplet (regroupement de 4 faisceaux), en deux parties de spectres identiques plus petits sur les faisceaux de gauche et de droite, la conversion FM en AM est considérablement réduite de 30% à 5% tout en maintenant la performance de lissage pour la RBS. Nous avons également montré que le temps de cohérence qui en résulte n'a aucun effet sur le niveau maximal de RBS atteint. De la même façon, il faudra étudier l'impact de ces évolutions sur d'autres instabilités telles que le diffusion Raman stimulée ou le transfert d'énergie par croisement de faisceaux.
Author: JEAN-MARC.. GIRARD
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Languages : fr
Pages : 192
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UNE ETUDE EXPERIMENTALE ET THEORIQUE DE PLASMA ENTRETENU PAR LASER ET DE SON COMPORTEMENT EN JET SUPERSONIQUE EST REPORTEE. EXPERIMENTALEMENT, LES CARACTERISTIQUES DU FAISCEAU EXTRAIT DU JET SONT ETUDIEES EN FONCTION DES CONDITIONS GENERATRICES PAR LA TECHNIQUE DU TEMPS DE VOL. DE PLUS, DES MESURES SPECTROSCOPIQUES DE LA FLUORESCENCE SPONTANEE DANS LE JET, DONNANT ACCES A LA TEMPERATURE ELECTRONIQUE, ONT ETE EFFECTUEES. D'UN POINT DE VUE THEORIQUE, UN MODELE ANALYTIQUE DE STABILITE DU PLASMA PERMET DE COMPRENDRE LA VALEUR DES SEUILS DE PUISSANCE POUR MAINTENIR LE PLASMA. UN MODELE NUMERIQUE, POUR CALCULER LA DISTRIBUTION DE TEMPERATURE DANS LE PLASMA EN AMONT DE LA TUYERE, APPORTE UNE MEILLEURE COMPREHENSION DE L'INFLUENCE DES PARAMETRES AJUSTABLES SUR LES CARACTERISTIQUES DU FAISCEAU. ENFIN, UN MODELE DE DETENTE SIMPLE PERMET DE PREVOIR LE DESEQUILIBRE THERMIQUE ET CHIMIQUE APPARAISSANT DANS LE JET, ET D'INTERPRETER LES MESURES DE TEMPS DE VOL ET DE SPECTROSCOPIE EN TERME DE TEMPERATURE GENERATRICE
