Autoresonance in Stimulated Raman Scattering
Résumé
Stimulated Raman scattering (SRS) is studied in plasmas relevant to inertial confinement fusion (ICF) experiments. The excitation of autoresonant Langmuir waves in inhomogeneous plasmas is investigated as a mechanism for the enhancement of SRS in the kinetic regime (k_L*lambda_D>0.25). It is shown that weakly kinetic effects like electron trapping, described via an amplitude-dependent frequency shift, may compensate the dephasing of the three-wave resonance of SRS that normally occurs in inhomogeneous plasmas. Under conditions relevant to current and future ICF experiments (National Ignition Facility, Laser Mégajoule), a simple analytical model is found to predict to good accuracy the observed growth, saturation and phase of Langmuir waves, in both three-wave coupling and kinetic (particle-in-cell) simulations. Through autoresonance, observed SRS levels far exceed the spatial amplification expected from Rosenbluth's model in an inhomogeneous profile [M. N. Rosenbluth, Phys. Rev. Lett. 29, 565 (1972)]. A potential application of autoresonance is proposed in the form of a Raman amplifier.
La diffusion Raman Stimulée (DRS) est étudiée dans le contexte des plasmas qui sont pertinents pour la Fusion par Confinement Inertielle (FCI). Dans un plasma inhomogène le processus d'auto-résonance de l'onde Langmuir, générée par DRS, peut se produire dans le régime cinétique (k_L*lambda_D>0.25) et conduire à des amplitudes au delà du niveau de l'amplification attendue due à l'inhomogénéité selon Rosenbluth [M. N. Rosenbluth, Phys. Rev. Lett. 29, 565 (1972)]. On démontre que des effets cinétiques faibles, comme le piégeage d'électrons donnent lieu à un décalage de fréquence non-linéaire (dépendant de l'amplitude), et peuvent compenser le déphasage de la résonance de DRS des trois ondes, observé dans les plasmas inhomogènes. Un modèle analytique du processus d'auto-résonance décrivant à la fois la croissance, la saturation et la phase des ondes de Langmuir a été développé. Ce modèle est en excellent accord avec les résultats des simulations cinétiques (particle-in-cell) pour des paramètres proches des conditions des plasmas des expériences de la fusion laser (Laser Mégajoule, National Ignition Facility). Une application possible de l'autorésonance est proposée sous la forme d'un amplificateur de Raman.