Étude des propriétés statistiques d'une tache focale laser lissée et de leur influence sur la rétrodiffusion brillouin stimulée PDF Download
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Author: Maxime Duluc
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Book Description
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: Maxime Duluc
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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: ELISA.. SCHIFANO
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Languages : fr
Pages : 227
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Book Description
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: GILLES.. RIAZUELO
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Languages : fr
Pages : 270
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CETTE THESE, ETROITEMENT LIEE AUX PROJETS DE LASER MEGAJOULE (NIF AUX USA ET LMJ EN FRANCE), CONCERNE LA PROPAGATION ANORMALE DES FAISCEAUX LASER DANS LES PLASMAS SOUS-CRITIQUES DONT LA TRAVERSEE EST A L'ORIGINE DE COUPLAGES D'ONDES INSTABLES. LE TRAVAIL A CONSISTE A ETUDIER, PLUS PARTICULIEREMENT, L'INSTABILITE DE FILAMENTATION QUI PEUT CONDUIRE A L'AMPLIFICATION DE TOUTE INHOMOGENEITE D'ECLAIREMENT EN DES FILAMENTS DE LUMIERE BEAUCOUP PLUS ETROITS ET INTENSES. CELA NUIT A L'UNIFORMITE D'IRRADIATION RECHERCHEE ET PEUT, PAR L'AUGMENTATION DE L'ECLAIREMENT DANS LES POINTS CHAUDS, FAVORISER LE DEVELOPPEMENT DE PROCESSUS NON-LINEAIRES TELS QUE LES RETRODIFFUSIONS RAMAN ET BRILLOUIN QUI PROVOQUENT LA PERTE D'UNE FRACTION NOTABLE DE L'ENERGIE INCIDENTE. DANS LES PROJETS DE GRAND LASER, LE CONTROLE DE LA FILAMENTATION SERA EFFECTUE AU MOYEN D'UNE TECHNIQUE DE LISSAGE SPATIO-TEMPOREL QUI CONSISTE A BRISER A LA FOIS LES COHERENCES SPATIALE ET TEMPORELLE DE L'IMPULSION LASER. NOUS AVONS CHOISI UN MODELE OU LA PROPAGATION DE L'ONDE LASER EST RESOLUE DANS LE CADRE DE L'APPROXIMATION PARAXIALE ET EST COUPLEE A UNE EQUATION D'ONDE SONORE QUI GERE LA DYNAMIQUE DU PLASMA. UN CODE NUMERIQUE TRIDIMENSIONNEL A ETE DEVELOPPE DANS LE BUT DE MENER CETTE ETUDE. LA MODELISATION DES SOURCES LASERS LISSEES Y A ETE INTRODUITE. LES SIMULATIONS ONT PERMIS DE MONTRER QU'UN LISSAGE PUREMENT SPATIAL SERAIT CAPABLE DE SUPPRIMER TOUTE FILAMENTATION SI ON POUVAIT SUFFISAMMENT REDUIRE LA TAILLE DU GRAIN DANS LA TACHE FOCALE. CELA ETANT TECHNOLOGIQUEMENT IMPOSSIBLE, L'ETUDE DE L'ASPECT TEMPOREL DU LISSAGE A PROUVE QUE LA GRANDEUR CLEF POUR LA REDUCTION DE LA FILAMENTATION ETAIT LE TEMPS DE VIE DU GRAIN. ON A AUSSI PU MONTRER L'EQUIVALENCE DE PERFORMANCE ENTRE LES DIFFERENTES TECHNIQUES DE LISSAGE A TEMPS DE COHERENCE EGAL. ENFIN, L'IMPORTANCE DU PHENOMENE D'AUTO-LISSAGE INDUIT PAR LA PROPAGATION A TRAVERS SEULEMENT QUELQUES CENTAINES DE MICRONS DE PLASMA A ETE MISE EN EVIDENCE.
Author: Jérémie Rolle
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Languages : fr
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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: Yves Christian Nonguierma
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Book Description
"Ce projet de recherche consiste à étudier le phénomène de conjugaison de phase optique par diffusion Brillouin stimulée1. Le but global est de déterminer les facteurs permettant d'améliorer la qualité du phénomène à partir d'expériences faites avec un miroir spécial. Ce miroir est appelé miroir à conjugaison de phase optique par diffusion Brillouin stimulée (ou encore cellule Brillouin ou cellule SBS « Stimulated Brillouin Scattering ») et possède des propriétés très intéressantes et particulières le différenciant des miroirs classiques. Il a la capacité, non seulement de renvoyer un faisceau d'angle d'incidence quelconque sur ses pas peu importe le chemin suivi, mais aussi de corriger les aberrations de front d'onde subies par un faisceau pendant sa propagation. Nous utilisons pour nos expériences, en plus des faisceaux gaussiens, des faisceaux à moment cinétique orbital dits faisceaux hélicoïdaux. Cette thèse montre expérimentalement que la fidélité (qui décrit ici le degré de ressemblance entre le profil d'intensité du faisceau incident et celui du faisceau conjugué) et la reproductibilité du phénomène de conjugaison de phase optique par diffusion Brillouin stimulée sont influencées par certains paramètres. En effet, un faisceau plus énergétique avec une distribution spatiale d'amplitude gaussienne permet d'avoir une meilleure fidélité et reproductibilité. De plus, il est plus judicieux de focaliser le faisceau le plus proche possible de l'entrée de la cellule SBS car nos résultats montrent que la longueur de Rayleigh en aval du pincement dans le cas des faisceaux gaussiens participe plus à la conjugaison de phase par diffusion Brillouin stimulée. Par ailleurs, nous avons montré que la distance focale de la lentille placée à l'entrée de la cellule SBS influence la réflectance de celle-ci et qu'il existe une focale optimale permettant d'avoir un maximum de réflectance. En outre, on a découvert que la cellule SBS ne corrige pas les distorsions de front d'onde qui sont causées par l'état de polarisation du faisceau lui-même. Par la même occasion, nous avons montré qu'avec un lame demi-onde inhomogène (q-plate) destinée à créer uniquement des faisceaux hélicoïdaux de charge topologique m=2q, nous pouvons créer, grâce à la cellule Brillouin, un faisceau hélicoïdal de charge topologique m=4q. Vu que le faisceau réfléchi par la cellule Brillouin possède une phrase aléatoire, une méthode interférométrique a été proposée pour améliorer le verrouillage de cette phase et qui permettrait en même temps de combiner plusieurs faisceaux afin de créer un faisceau cohérent très puissant. En effet, nous avons crée un réseau de densité statique dans la SBS à circulaire, se propageant en sens inverse dans la SBS. En faisant ensuite interférer les conjugués de ces deux faisceaux à la sortie de l'interféromètre, grâce à un décalage angulaire entre eux, on obtient un interferogramme assez stable. Par suite, on extrait la phase relative des deux faisceaux conjugués via un ajustement paramétrique et on montre que cette phase est moins dispersée par rapport à la situation où les deux faisceaux sont de polarisation différente ou ne sont pas coaxiaux dans la cellule. Toujours avec l'interféromètre, nous montrons qu'il est possible en même temps d'exploiter le verrouillage de la phase pour créer un faisceau très puissant de grande luminance en partant d'un faisceau moinspuissant grâce à la combinaison cohérente de faisceaux."--Résumé.
Author: LAURENT.. DIVOL
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Pages : 145
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Book Description
CETTE THESE S'INSCRIT DANS LE CADRE DES PROJETS DE GRANDS LASERS MEGAJOULES (LMJ EN FRANCE ET NIF AUX ETATS-UNIS) POUR LA FUSION PAR CONFINEMENT INERTIEL. DANS UN SCHEMA D'ATTAQUE INDIRECTE, LES FAISCEAUX LASER DOIVENT TRAVERSER 1 CM DE PLASMA SOUS-DENSE AVANT D'ATTEINDRE LES PAROIS DE LA CAVITE. LES CONDITIONS SONT ALORS REUNIES POUR QUE SE DEVELOPPENT LES INSTABILITES PARAMETRIQUES BRILLOUIN OU RAMAN, QUI PROVOQUENT UNE RETRODIFFUSION ANORMALE, SOURCE D'UNE IMPORTANTE PERTE D'ENERGIE. CE TRAVAIL S'ATTACHE A DECRIRE L'EFFET MODERATEUR DU LISSAGE SPATIO-TEMPOREL DU FAISCEAU LASER INCIDENT SUR LA RETRODIFFUSION. NOUS COMMENCONS PAR CARACTERISER LE PLASMA RENCONTRE, A PARTIR DE SIMULATIONS HYDRODYNAMIQUES, PUIS LA REPARTITION EN INTENSITE DU FAISCEAU LISSE, LA MAJEURE PARTIE DE LA PUISSANCE INCIDENTE ETANT LOCALISEE DANS DE NOMBREUSES SUR-INTENSITES LOCALES, LES POINTS CHAUDS. ON DEVELOPPE ENSUITE UN MODELE DE POINTS CHAUDS INDEPENDANTS QUI, CONNAISSANT LA FORME GENERIQUE D'UN POINT CHAUD, DECRIT LA CROISSANCE TRANSITOIRE DES INSTABILITES PARAMETRIQUES DE RETRODIFFUSION EN SON SEIN, ET PERMET D'OBTENIR UNE ESTIMATION DE LA REFLECTIVITE TOTALE EN MOYENNANT SUR LA DISTRIBUTION EN INTENSITE DE CES POINTS CHAUDS. CES CALCULS SONT FINALEMENT COMPARES A QUELQUES SIMULATIONS NUMERIQUES. ON RETIENDRA QUE LES EFFETS DE DIFFRACTION 3D PEUVENT REDUIRE FORTEMENT LA CROISSANCE DES INSTABILITES, CE PHENOMENE ETANT AMPLIFIE PAR LA FORME OBLONGUE DES POINTS CHAUDS. PAR AILLEURS, EN PARTICULIER POUR L'INSTABILITE DE RETRODIFFUSION BRILLOUIN, LE FAIBLE TEMPS DE COHERENCE (QQ PS) OBTENU PAR LISSAGE OPTIQUE PEUT STOPPER LA CROISSANCE DE L'INSTABILITE AVANT L'OBTENTION D'UN ETAT SATURE, ET CE MEME SI LE TAUX DE CROISSANCE INSTANTANE DE CELLE-CI EST SUPERIEUR A L'INVERSE DU TEMPS DE COHERENCE DU FAISCEAU LASER. AINSI, ON A MONTRE QUE LE LISSAGE SPATIO-TEMPOREL PEUT REDUIRE DIRECTEMENT LA REFLECTIVITE DES FAISCEAUX LASERS INCIDENTS, CE QUI LIMITE LES PERTES D'ENERGIE UTILE DANS UN SCHEMA D'ATTAQUE INDIRECTE.
Author: Sarah Mauger
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Languages : fr
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Book Description
Dans le cadre des études sur l'endommagement laser liées au projet Mégajoule, nous analysons le couplage entre l'auto-focalisation induite par effet Kerr et la rétrodiffusion Brillouin stimulée pour des impulsions de durée nanoseconde se propageant dans des échantillons de silice. L'influence de la puissance d'entrée, des modulations de phase ou d'amplitude ainsi que la forme spatiale du faisceau sur la dynamique de filamentation est discutée. Nous montrons qu'une modulation d'amplitude appropriée divisant l'impulsion incidente en train d'impulsions de l'ordre de la dizaine de picosecondes supprime l'effet Brillouin pour toute puissance incidente mais réduit notablement la puissance laser disponible. A l'inverse, des impulsions modulées en phase avec une largeur spectrale comparable peuvent subir de la filamentation multiple et une auto-focalisation à distance plus courte causées par des instabilités modulationnelles. Nous démontrons cependant l'existence d'une largeur spectrale critique à partir de laquelle la rétrodiffusion peut être radicalement inhibée par une modulation de phase, même pour des fortes puissances. Cette observation reste valide pour des faisceaux de forme carrée avec des profils spatiaux plus larges, qui s'auto-focalisent beaucoup plus rapidement et se brisent en filaments multiples sur de courtes distances. L'inclusion de la génération de plasma pour limiter la croissance des ondes pompe et Stokes est finalement abordée.
