Dans une premi`ere partie, nous analysons les propri´et´es d’un faisceau laser liss´e temporel- lement et spatialement. Le lissage plasma est ensuite d´etaill´e en exposant dans la deuxi`eme partie les m´ecanismes `a l’origine du lissage plasma puis en pr´esentant dans une troisi`eme partie les trois types de lissage plasma en fonction de l’intensit´e du laser incident.
3.1.1 Le lissage d’un faisceau laser
Le lissage optique d’un faisceau laser se d´efinit comme l’introduction d’une incoh´erence dans la phase du champ ´electrique du faisceau. Il existe deux types d’incoh´erence :
– l’incoh´erence spatiale qui consiste `a introduire une phase al´eatoire φ(r, z), on parle de lissage spatial,
3 La r´eduction de l’imprint – l’incoh´erence temporelle qui revient `a introduire une phase al´eatoire φ(t), on parle de
lissage temporel.
L’incoh´erence spatiale se traduit par une tache focale compos´ee de petits points chauds appel´es speckle. On peut remarquer que cette r´epartition ne varie pas au cours du temps car le lissage est statique. Les principaux outils permettant d’obtenir un lissage spatial sont les lames de phase al´eatoires. Nous ´etudions dans la section 2.2 le cas de la lame de phase al´eatoire de type Random Phase Plate (RPP).
La cons´equence principale du lissage temporel est l’´elargissement du spectre du faisceau laser. En effet, la pulsation d’un faisceau liss´e peut ˆetre d´efinie par :
ωlaser =
dφ
dt = ωlaser,0+ dφinc
dt (1.23)
o`u φinc repr´esente l’incoh´erence introduite par le lissage temporel. R´eciproquement, quand un ph´enom`ene modifie le spectre du faisceau laser, le ph´enom`ene lisse temporellement ce dernier. Parmi les diff´erentes techniques de lissage temporel, on peut citer le modulateur optique.
Des techniques de lissage permettent aussi de r´ealiser un lissage spatio-temporel du fais- ceau. Nous verrons dans la section 3.2.1 le cas du lissage par dispersion spectrale longitudi- nale, et dans la suite de ce chapitre, le cas du lissage plasma.
Les taches focales obtenues avec les diff´erentes techniques de lissage sont repr´esent´ees sur la figure 1.7.
Les int´erˆets principaux du lissage dans le cas de la FCI sont :
– la r´eduction de la croissance des instabilit´es param´etriques : nous avons vu pr´ec´edemment que les instabilit´es param´etriques sont sensibles `a la longueur des points chauds. On peut aussi noter que, si la dur´ee de vie d’un point chaud est plus courte que le temps de croissance de l’instabilit´e, cette derni`ere ne peut pas se d´evelopper.
– l’am´elioration de la sym´etrie d’irradiation de la cible : par le lissage spatial, on obtient une tache focale qui pr´esente des points chauds plus nombreux et moins intenses, par cons´equent, les d´efauts cr´e´es par le faisceau laser au niveau du front d’ablation sont moins importants. De plus, si le faisceau est liss´e temporellement, l’´energie laser d´epos´ee est en moyenne plus homog`ene. En particulier, ce processus de moyennagepeut se produire dans la ZCE si le temps caract´eristique du lissage est plus petit que le dur´ee de la diffusion thermique ´electronique. Ainsi, la combinaison de la ZCE et du lissage spatio-temporel permet d’obtenir une sym´etrie d’irradiation acceptable pour la FCI en attaque directe (voir section iii).
Chapitre 1. Les deux questions trait´ees dans cette th`ese
Figure 1.7 – Sch´ema des coupes longitudinales des volumes de focalisation (z repr´esente l’axe le long du faisceau laser et l’autre direction repr´esente un axe transverse par rapport `a l’axe z) : a) sans lissage ; b) avec un lissage spatial ; c) avec un lissage temporel ; d) pour un lissage spatio-temporel
3.1.2 La filamentation et l’instabilit´e Brillouin avant
L’instabilit´e de filamentation pond´eromotive est une instabilit´e param´etrique qui r´esulte du couplage r´esonnant entre une onde laser incidente et deux ondes sonores. L’onde laser est alors dite filament´ee.
En pratique, la filamentation pond´eromotive peut ˆetre mod´elis´ee par un indice optique du mat´eriau qui est une fonction croissante de l’intensit´e laser [66] : elle agit comme une lentille focalisante dans les zones de forte intensit´e. Cette caract´eristique a ´et´e identifi´ee exp´erimentalement [67].
Si la r´efraction non lin´eaire est plus importante que les ph´enom`enes de diffraction, le faisceau laser est focalis´e, on parle alors d’autofocalisation du faisceau (voir figure 1.9 1). Cette derni`ere a donc tendance `a augmenter l’intensit´e des points chauds et `a r´eduire leur taille. On peut noter que lorsque les ph´enom`enes de diffraction et de focalisation du laser se compensent, on obtient des filaments dans le plasma.
Le seuil d’autofocalisation a ´et´e calcul´e dans le cas d’un faisceau gaussien et il est donn´e par [1, page 528] :
P > Pc (1.24)
3 La r´eduction de l’imprint
P =Ilaser πρ20 (1.25)
o`u ρ0 repr´esente la largueur `a mi-hauteur du point chaud. La puissance critique est alors donn´ee par : Pc(M W ) = 3, 4× 10−2Te(eV ) 1− ne nc ne nc (1.26) Il existe un autre type de filamentation appel´efilamentation thermique. La croissance de cette derni`ere a ´et´e ´etudi´ee dans diff´erents ouvrages [1,68], elle a principalement lieu dans les zones denses des plasmas ayant un num´ero atomique important.
L’instabilit´e Brillouin avant (FSBS pour Forward Stimulated Brillouin Scattering) r´esulte du mˆeme couplage d’ondes que l’instabilit´e Brillouin de r´etrodiffusion, mais, dans ce cas, l’onde lumineuse fille est diffus´ee vers l’avant (voir figure 1.9 2). Contrairement `a la fila- mentation, l’instabilit´e Brillouin avant, modifie le spectre du faisceau transmis : elle d´ecale la lumi`ere transmise vers le rouge, une partie de l’´energie du faisceau ´etant c´ed´ee `a l’onde acoustique ionique [69]. Le seuil en intensit´e laser pour l’instabilit´e Brillouin avant, dans le cas d’un faisceau liss´e par lame de phase, est donn´e par [70] :
Iseuil(1014W/cm2) = 6, 4× 10−2 Te(eV ) ne ncλlaser(μm) 2 νIAW ωIAW 1 γT (D f ) 2 (1.27)
o`u γT est un facteur repr´esentatif de l’augmentation thermique des ondes IAW :
γT = 1 + 1, 76Z5/7(
ρ0 λei
)4/7 (1.28)
o`u ρ0 est la largueur transverse `a mi-hauteur d’un speckle et λei est le libre parcours moyen collisionnel electron-ion donn´e par :
λei(μm) = 1, 312× 10−4
λlaser(μm)2Te(eV )2
Zln(Λei)nnec
(1.29) Une ´etude th´eorique a ´et´e r´ealis´ee sur le d´eveloppement coupl´e de l’instabilit´e Brillouin avant et de la filamentation [68]. Parmi les diff´erents r´esultats obtenus, on peut noter que la diffusion Brillouin a un gain important quand la diffusion a lieu avec un petit angle. Cette instabilit´e engendre donc un ´eclatement angulaire du faisceau transmis, le d´ecalage spectral de la lumi`ere transmise augmentant avec l’angle du faisceau transmis (voir figure 1.9 3).
3.1.3 Le lissage plasma
Suivant l’intensit´e du faisceau laser, on peut distinguer trois types de lissage (voir figure
Chapitre 1. Les deux questions trait´ees dans cette th`ese
Figure 1.8 – Les trois types de lissage plasma suivant l’intensit´e laser
– le lissage par diffusion multiple, – le lissage par le FSBS,
– le lissage par autofocalisation + FSBS.
Le lissage par diffusion multiple sur des fluctuations de densit´e produites en d´ebut d’in- teraction par l’inhomog´en´eit´e initiale du mat´eriau ionis´e.
Le lissage dˆu uniquement `a l’instabilit´e Brillouin avant (voir figure 1.94) apparaˆıt quand le seuil pour l’instabilit´e Brillouin avant est v´erifi´e. En pratique, l’intensit´e seuil pour ce type de lissage est plus petite que celle pour l’autofocalisation. Ce lissage peut conduire `a un l´eger ´eclatement du faisceau laser (voir figure 1.9 5). La th´eorie concernant ce lissage a ´
et´e d´etaill´ee dans un article [70] et a ´et´e observ´ee exp´erimentalement [71].
Le lissage r´esultant du d´eveloppement simultan´e de l’instabilit´e Brillouin avant (qui est `a l’origine d’un lissage spatio-temporel et d’un ´eclatement du faisceau) et de l’autofocalisation (qui lisse spatialement le faisceau) s’enclenche quand le seuil d’autofocalisation est v´erifi´e (voir figure 1.9 a). Ce lissage a ´et´e observ´e exp´erimentalement [72], et par la simulation [73, 74]. En particulier, il a ´et´e montr´e que le temps de coh´erence du faisceau liss´e apr`es quelques 100 μm de plasma peut ˆetre r´eduit `a quelques ps, ce qui est de l’ordre de grandeur des temps de coh´erence que l’on peut obtenir avec le lissage SSD [73,75].