Amplification laser par diffusion Brillouin stimulé dans le régime fortement couplé : vers contrôle et optimisation

Laser amplification via stimulated Brillouin scattering in the strongly coupled regime : towards control and optimization

• Auteur / Autrice : Marco Chiaramello
• Direction : Caterina Riconda
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 25/10/2016
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire pour l'utilisation des lasers intenses (Palaiseau, Essonne ; 1997-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vladimir Tikhonchuk, Philippe Savoini, Götz Lehmann
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Didier Bénisti, Dino Anthony. Jaroszynski

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasmas (gaz ionisés) -- Densité

Brillouin, Effet

Lasers

Mots clés libres

Interaction laser-Plasma

Instabilités paramétriques

Amplification laser

Rétrodiffusion Brillouin

Regime de couplage fort

Lasers intenses

Parametric instabilities

Brillouin backscattering

Optic plasma

Résumé

L'utilisation de plasmas comme milieu amplificateur d'impulsions laser intenses pourrait permettre de surmonter les limites de la technologie actuelle en termes de l'intensité maximum réalisable. Par l'intermédiaire d'une oscillation de plasma, l'énergie d'une longue impulsion laser de pompe peut être transférée à une impulsion courte (« seed »). La rétrodiffusion Brillouin a le potentiel pour devenir un processus d'amplification robuste. Dans cette thèse, nous présentons des études théoriques et numériques visant à mieux comprendre le rôle de chaque paramètre du plasma et de la pompe sur le mécanisme d'amplification: forme et longueur du profil de densité, durée de la pompe, retard relatif entre la pompe et le seed, et chirp (dérive en fréquence) de la pompe. Nous montrons une première description complète de l'évolution dans le temps et dans l'espace des phases de la pompe, du seed et de la perturbation de densité plasma, qui déterminent le sens du transfert d'énergie entre les faisceaux laser et l'efficacité de l'amplification. Afin de proposer et d'améliorer les schémas expérimentaux actuels, une comparaison est effectuée avec les expériences récentes.

The use of plasma as an amplification medium is currently discussed because it can overcome current solid-state technology limitations in terms of maximum achievable intensity. Via parametric scattering off a plasma oscillation the energy from a long pump pulse can be transferred into a short seed pulse. Brillouin scattering has the potential to become a robust amplification process. In this thesis we present theoretical and numerical (PIC) studies aimed at better understanding the role of each plasma parameter on the amplification mechanism: the interaction length, the shape of the density profile, the duration of the long pump signal, the relative delay between the seed and pump signals, the chirp of the long pump laser pulse. For the first time we show complete description of the time and space evolution of the phases of the pump, seed and plasma density perturbation that dictate the energy flow transfer between the pump and seed laser beams and the efficiency of amplification. In order to propose and improve nowadays experimental set-ups, a comparison with recent experiments is performed.