Effets relativistes dans l'interaction laser-plasma a tres haut flux : instabilites parametriques electroniques et force ponderomotrice

Relativistic effects in ultra-high-intensity laser-plasma interaction : electron parametric instabilities and ponderomotive force

• Auteur / Autrice : BRICE QUESNEL
• Direction : Patrick Mora
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des plasmas
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Palaiseau, Ecole polytechnique
• Jury : Président / Présidente : Claude Fabre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Lascaux, Guy Laval, Arnold Migus, Didier Normand
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Bertrand, Jean-Marcel Rax

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lasers femtoseconde

Interactions plasma-paroi

Résumé

Cette these constitue une etude theorique et numerique du comportement en regime relativiste de deux phenomenes non-lineaires de la physique de l'interaction laser-plasma : les instabilites parametriques electroniques et la force ponderomotrice. Dans la premiere partie de ce memoire, la relation de dispersion a trois dimensions des instabilites parametriques electroniques est etablie pour une onde polarisee circulairement se propageant dans un plasma homogene et froid, sans limitations sur l'intensite de l'onde ni sur la densite du plasma. Elle est obtenue sous forme d'un determinant infini et resolue numeriquement apres troncature. Le comportement des differentes instabilites parametriques electroniques est precise a haute densite et haute intensite. Les resultats obtenus sont verifies a l'aide de simulations numeriques a deux dimensions, qui montrent egalement que dans leur phase non-lineaire, ces instabilites provoquent a haute densite un violent chauffage du plasma ainsi que la filamentation et une forte absorption de l'onde. L'instabilite de weibel est egalement brievement etudiee en regime relativiste. Dans la deuxieme partie de ce travail, nous etablissons une expression de la force ponderomotrice exercee par une impulsion laser ultra-intense dans le vide au voisinage du foyer. La condition de validite de ce calcul est precisee. Dans le cas d'une impulsion de profil transverse gaussien, plusieurs expressions du champ electromagnetique au foyer sont etablies, qui correspondent a differents degres d'approximation. Un code numerique d'integration des equations du mouvement d'un electron dans le champ laser est utilise avec ces differentes expressions. Il confirme la condition de validite et l'expression de la force ponderomotrice relativiste obtenues. Il montre l'importance d'une description precise du champ au foyer. Ces resultats sont utilises pour interpreter une experience recente et pour critiquer d'autres travaux theoriques dans ce domaine.