Published June 18, 1998 | Version v1
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Relativistic effects in ultra-high-intensity laser-plasma interaction: electron parametric instabilities and ponderomotive force

Description

This research thesis reports a theoretical and numeric study of the behaviour of two non linear phenomena of the laser-plasma interaction physics in a relativistic regime: the electronic parametric instabilities, and the ponderomotive force. In a first part, the author establishes the three-dimensional scattering relationship of electron parametric instabilities for a circularly polarised wave propagating in a homogeneous and cold plasma, without limitations of wave intensity, nor of plasma density. Results are verified by comparison with those of two-dimensional numerical simulations. The Weibel instability is also briefly studied in relativistic regime. In the second part, the author establishes an expression of the ponderomotive force exerted by an ultra-intense laser pulse in the vacuum about the focus point. A numerical code of integration of equations of motion of an electron in the laser field is used for the different expressions corresponding different approximation degrees. Results are used to interpret a recent experiment, and to critic other theoretical works

Abstract (French)

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

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Original title (French)
Effets relativistes dans l'interaction laser-plasma a tres haut flux. Instabilites parametriques electroniques et force ponderomotrice

Publishing Information

Imprint Pagination
230 p.
Report number
FRNC-TH--9851

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Notes
153 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the 'INIS contacts' section of the INIS website for current contact and E-mail addresses: http://www.iaea.org/inis/Contacts/