Interaction of ultra-short and ultra-intense laser pulses with underdense plasmas.
Interaction d'impulsions laser-ultra courtes et ultra-intenses avec un plasma.
Résumé
Different aspects of the interaction of ultra-short pulse and ultra-intense under-dense plasma were studied analytically and numériquement.Ces studies are of interest for laser particle acceleration in plasmas, laser ray X, the generation of high-order harmonics, the concept of fast ignition for inertial confinement fusion. We used the relativistic particle code WAKE previously developed at the Ecole Polytechnique. This code has been amended during the thesis process for the movement of ions, to calculate the trajectories of electrons tests, and to include various diagnoses on the fields and particles. The matters discussed in this thesis are the following: acceleration of photons in the wake of a short laser pulse and intense, the phase velocity of the plasma wave in the wake of a self-modulated laser pulse, the drain relativistic laser pulse duration of the order of the plasma period, the ion dynamics in the wake of the flood. Then we simulated three experiments of wave propagation and laser acceleration of electrons. The main findings of the thesis: The reduction of the phase velocity of the plasma wave in the case of a self-modulated laser pulse into play only in the case of a preformed channel for guiding the relativistic wave laser. They found self-similar structures to describe the guidance of a relativistic short pulse in a plasma. It has demonstrated the self-guided propagation of Gaussian pulse initially a few plasma periods. It is shown that the ponderomotive force of the plasma wave excited by the laser pulse fomre channel and the flood in the channel has been analyzed in detail. The efficiency of electron acceleration in the laser field and the plasma wave have been compared. The frequency shift of a probe propagating in the wake plasma has been studied in conditions corresponding to actual experiences.
Différents aspects de l'interaction d'une impulsion ultra-courte et ultra-intense avec un plasma sous-dense ont été étudiés analytiquement et numériquement.Ces études présentent un intérêt pour l'accélération laser de particules dans les plasmas, les lasers à rayons X, la génération d'harmoniques d'ordre élevé, le concept d'allumeur rapide pour la fusion par confinement inertiel. On a utilisé le code particulaire relativiste WAKE développé précédemment à l'Ecole Polytechnique. Ce code a été modifié au cours de la thèse pour traiter le mouvement des ions, pour calculer des trajectoires d'electrons tests, et pour inclure des diagnostics divers sur les champs et les particules. Les sujets traités dans cette thèse sont les suivants: l'accélération de photons dans le sillage d'une impulsion laser courte et intense, la vitesse de phase de l'onde plasma dans le sillage d'une impulsion laser auto-modulée, la canalisation relativiste d'impulsions laser de durée de l'ordre de la période plasma, la dynamique ionique dans la sillage, le déferlement. Ensuite on a simulé 3 expériences de propagation d'onde laser et d'accélération d'électrons. Voici les principaux résultats de la thèse : La réduction de la vitesse de phase de l'onde plasma dans le cas d'une impulsion laser auto-modulée ne joue que dans le cas d'un canal préformé pour la guidage relativiste de l'onde laser. On a trouvé des structures self-similaires pour décrire le guidage relativiste d'une impulsion courte dans un plasma. On a démontré la propagation auto-guidée d'impulsion initialement gaussiennes de quelques périodes plasma. On a montré que la force pondéromotrice de l'onde plasma excitée par l'impulsion laser fomre un canal et le déferlement dans ce canal a été analysé en détail. Les éfficacités de l'accélération d'électrons dans le champ laser et dans l'onde plasma ont été comparées. Le décalage en fréquence d'une sonde se propageant dans le sillage plasma a été étudié dans des conditions correspondant à des expériences actuelles.