Study of collective speckles behavior for stimulated Raman scattering development in laser-plasma interaction
Étude du comportement collectif des speckles dans le développement de la diffusion Raman stimulée lors de l’interaction laser-plasma
Résumé
Laser-plasma instabilities which occur in millimetric hot plasma, typical in ICF experiments, are still a preoccupying topic because they lead to reflectivity levels higher than predicted. In this context, this work focuses on stimulated Raman scattering (SRS) through a multi-scale analysis: mono, bi and multi speckle scales.
This picosecond experimental study highlights the difference between isolated and collective speckle behaviors in SRS development. A weak speckle, stable if isolated, may become unstable under the influence of SRS driven local plasma modifications generated by an intense nearby speckle: kinetic perturbations with suprathermal electrons and/or wave coupling with electromagnetic and electrostatic seeds. From set of experimental campaigns, featuring a highly spatially- and temporally-resolved Thomson-scattering diagnostic and backward Raman imaging, we evidenced and characterized this collective behavior. An experimental difference between these two kinds of perturbations was observed which lead to differentiate their contributions.
In parallel, 2D PIC simulations using CALDER were performed to interpret bispeckle experimental results and in particular to understand the influence from both kinds of perturbations.
Les instabilités paramétriques qui se développent dans l’interaction laser-plasma à haute intensité dans les plasmas chauds de plusieurs millimètres typiques des expériences de FCI, entrainent des taux de rétrodiffusion importants, ce qui en fait un sujet toujours préoccupant. Les travaux de cette thèse se concentrent sur l’étude d’une des instabilités paramétriques, la diffusion Raman stimulée, dans les cas mono-, bi- et multi-speckles ou points chauds que l’on retrouve dans les taches focales des gros lasers de puissance.
Cette étude expérimentale, effectuée en régime picoseconde, a établi la différence des comportements en régime isolé ou collectif de la rétrodiffusion Raman : la modification des propriétés locales du plasma induite par un point chaud intense peut rendre instable un point chaud voisin, stable vis-à-vis de l’instabilité s'il était isolé, par l'intermédiaire d’un couplage cinétique et/ou d'un couplage d'ondes. Une série d’expériences utilisant des diagnostics de diffusion Thomson à hautes résolutions spatiale et temporelle couplées avec une imagerie de la rétrodiffusion Raman a permis de mettre en évidence l'existence de ce comportement collectif, de saisir sa dynamique puis de caractériser à l’échelle picoseconde son influence dans le développement global de l'instabilité Raman en discriminant l’aspect cinétique (électrons suprathermiques) de l’aspect ondulatoire (couplage par l’intermédiaire des ondes excitées par l’instabilité).
Les mesures expérimentales bispeckle ont été interprétées à l’aide de simulations particulaires 2D du code CALDER qui reproduit cette discrimination entre ces deux types de perturbations.