Caractéristiques spatiales et temporelles d'une tache focale LMJ

• Auteur / Autrice : Aurélie Le Cain
• Direction : Bernard Bercu, Pierre Del Moral
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques appliquées
• Date : Soutenance le 20/01/2012
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de mathématiques et informatique (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mathématiques de Bordeaux
• Jury : Président / Présidente : Vladimir Tikhonchuk
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Antoine Bourgeade, Bruno Le Garrec, Gilles Riazuelo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Josselin Garnier, Jean-Marc Azaïs

Mots clés

Mots clés contrôlés

Taches focales

Laser Mégajoule

Granularité (optique)

Interférométrie par granularité

Faisceaux laser

Mots clés libres

Points chauds

Speckle

Polarisations

Rayon transversal

Rayon longitudinal

Nombre de points chauds

Vitesse

Trajectoire

Hot spots

Speckle

Polarizations

Longitudinal radius

Transversal radius

Number of hot spots

Velocity

Trajectory

Résumé

La performance des cibles du Laser LMJ est très sensible à l'uniformité de la tache focale du laser. La technique utilisée à ce jour pour éviter les inhomogénéités est de rendre le faisceau partiellement incohérent, ce qui a pour conséquence la fluctuation de points chauds (speckles) au cours du temps, avec un effet de moyenne. De nombreux travaux ont d'ores et déjà été menés concernant l'étude de ces points chauds dans le cadre d'un faisceau unique au plan focal. Dans cette thèse, on s'intéresse à ces points chauds lorsqu'il sont issus de la superposition de faisceaux multiples, et plus particulièrement aux points chauds dans le cas de la configuration du LMJ. On a établi une équation analytique permettant de calculer la taille des points chauds dans le cas d'un speckle généré par des faisceaux multiples. Cette formule est en parfait accord avec les différents résultats obtenus par simulations numériques grâce au code PARAX. On a ainsi pu prédire la taille du grain de speckle LMJ en fonction de différentes configurations LMJ telle qu'une configuration à deux ou trois cônes et pour des choix de polarisations différents. Il en ressort que l'impact de la polarisation est assez faible sur les caractéristiques du speckle LMJ. Toutefois la double polarisation est la plus adaptée aux critères d'uniformité requis pour une bonne interaction laser-plasma. D'autre part on a montré que les grains de speckle LMJ sont de l'ordre de la longueur d'onde.Dans la seconde partie de cette thèse, on a établi les formules des contraste, temps de vie, trajectoires et vitesses des points chauds deux techniques de lissage : Lissage par Dispersion Spectrale Transverse (LDST) et Longitudinal (LDSL). Ces derniers sont respectivement utilisés sur le NIF et prochainement sur le LMJ. On a ainsi montré que quels que soient le nombre de cône et le choix des polarisations faites sur le LMJ, la durée de vie d'un point chaud LMJ est environ de 2 ps et le contraste intégré sur des temps infinis est approximativement de 15%. Les vitesses sont également très faibles (10-6c) et faiblement influencées par le choix des polarisations.

The future French Laser Megajoule (LMJ) is a multiple laser beam facility built to achieve Inertial confinement Fusion (ICF). It is mainly designed for an indirect drive scheme using X-rays conversion. In this scheme, the target in the center of the hohlraum is irradiated and then compressed by the X-rays more uniformly than what it would be in a direct drive schemes. However, a high of uniformity is still needed to reach ignition since the propagation of intense laser beams in an under-critical plasma can generate laser-plasma instabilities (LPI). The control of LPI is of crucial importance for the success of ICF. By breaking both spatial and temporal coherences, the use of optical smoothing techniques, such as smoothing by spectral dispersion (SSD), often dramatically reduces LPI and also ensures the reproducibility of laser conditions from one shot to another. An accurate description of the speckle pattern in the hohlraum is thus of great interest for ICF experiments.We focus our attention on the spatial and then temporal properties of the speckles pattern generated by multiple laser beams. At first, we establish equations for the 3D speckle size based on autocorrelation functions. Numerical simulations of the propagation of multiple laser beams in vacuum are then performed with the PARAX code in configurations where the paraxial approximation can be used. The case of speckle patterns in the LMJ configuration in the zone where all the beams overlap is eventually studied. We show that such speckles have an ellipsoidal shape. Finally, influence of the polarization of the beams on the shape, size and abundance of the speckles is also investigated. In a second part we study the important aspect of temporal smoothing techniques like the movement of the speckles. This work is also triggered by the development of a statistical model that describes the motion of hot spots in order to evaluate the contrast, the trajectory and the velocity of LMJ hot spots. We address these quantities in the case of a speckle pattern generated by multiple laser beams thanks to the autocorrelation function in intensity.