Theoretical and numerical modeling of the stimulated Raman scattering developing in the laser-plasma interaction

Let us begin by recalling that the objective of the thesis was twofold: - Digital: it was to develop a code capable of simulating the saturation of the instability of stimulated Raman scattering (SRS) through the coupling with the ion acoustic waves in a fluid description, homogeneous and inhomogeneous plasma and multidimensional geometry. The model chosen is based on a system composed of equations like the equations for paraxial electromagnetic type for Zakharov equation of Langmuir waves and sound waves. The problem was addressed in an open environment where, unlike a periodic medium, the definition of boundary conditions has to be robust without the digital artifacts introduced distorting the physical results, including inhomogeneous plasma where the presence of points Dish is able to destabilize the absolute instability, which adds a "difficulty" additional significant. - Physical: it was to analyze the mechanisms of nonlinear saturation of the Raman instability and establish the extent possible, scaling laws. In order to test the potential and limitations of our code, we chose to focus specifically on the regime kLλDe ~ 0.2 (where kL is the wave number of the fundamental wave generated by the Langmuir instability and Raman λDe the electronic Debye length). This regime is the regime most certainly difficult to study in the sense that it is intermediate between the extreme regimes (i) = 0.1 kLλDe with the presence of cavitation and (ii) kLλDe = 0.3 which gives a strong Landau damping and electronic kinetic effects, and therefore all processes are suceptible to grow, as we have actually observed.
Commençons par rappeler que l'objectif de la thèse était double : - numérique : il s'agissait de développer un code capable de simuler la saturation de l'instabilité de diffusion Raman stimulée (SRS) via le couplage avec les ondes acoustiques ioniques dans une description fluide, en plasma homogène et inhomogène et en géométrie multidimensionnelle. La modélisation choisie est basée sur un système composé d'équations de type paraxiales pour les équations électromagnétiques et de type Zakharov pour les équations des ondes de Langmuir et des ondes sonores. Le problème a été traité dans un milieu ouvert où, contrairement à un milieu périodique, la définition des conditions aux limites se doit d'être robuste sans que les artefacts numériques introduits ne faussent les résultats physiques, notamment en plasma inhomogène où la présence de points paraboliques est en mesure de déstabiliser les instabilités absolues, ce qui ajoute une "difficulté" supplémentaire non négligeable. - physique : il s'agissait d'analyser les mécanismes de saturation non-linéaire de l'instabilité Raman et d'établir, dans la mesure du possible, des lois d'échelle. De façon à tester les potentialités et les limites de notre code, nous avons choisi de nous concentrer plus particulièrement sur le régime kLλDe ∼ 0.2 (où kL est le nombre d'onde fondamental de l'onde de Langmuir générée par l'instabilité Raman et λDe la longueur de Debye électronique). Ce régime est certainement le régime le plus difficile à étudier dans le sens où il est intermédiaire entre les régimes extrêmes (i) kLλDe = 0.1 avec la présence de la cavitation et (ii) kLλDe = 0.3 qui donne un amortissement Landau électronique fort et des effets cinétiques, et pour cette raison tous les processus sont suceptibles de se développer, comme nous l'avons effectivement observé.