Rozprawy doktorskie: „Laser plasma radiation”

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Gallacher, Jordan G. "Relativistic electrons and radiation from intense laser-plasma sources". Thesis, University of Strathclyde, 2010. http://oleg.lib.strath.ac.uk:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=15481.

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Hansson, Björn. "Laser-Plasma Sources for Extreme-Ultraviolet Lithography". Doctoral thesis, KTH, Physics, 2003. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-3677.

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Streszczenie:

This thesis describes the development and characterizationof a liquidxenon- jet laser-plasma source forextreme-ultraviolet (EUV) radiation. It is shown how thissource may be suitable for production-scale EUV lithography(EUVL).

EUVL is one of the main candidates to succeeddeep-ultraviolet (DUV) lithography for large-scalemanufacturing of integrated circuits (IC). However, a majorobstacle towards the realization of EUVL is the currentunavailability of a source meeting the tough requirements onespecially power and cleanliness for operation in an EUVLstepper. The liquid-xenon-jet laser-plasma concept has keyadvantages that may make it suitable for EUVL since, e.g., itsplasma consists only of the inert noble gas xenon and since theliquidjet target technology enables plasma operation at largedistances from the source-hardware thereby reducing sputteringand to allowing for high-power operation.

At the beginning of the work described in this thesis, aspatial instability of the liquid-xenon-jet made stableoperation of a plasma at practical distances from the nozzleorifice dicult. However, an invention of a stabilization methodbased on applying localized heating to the tip of thejet-forming nozzle, resulted in stable jet operation. Thelongitudinal droplet stability of a liquid-droplet laser-plasmasource has also been investigated and improved.

Continuous improvements of especially the laser-power toEUV-radiation conversion eciency (CE) and the stability oflaser-plasma operation at large distances (several centimeter)from the nozzle are reported for the liquidxenon- jet laserplasma source. Furthermore, this source is characterizedregarding many parameters relevant for EUVL operationincluding, ion emission from the plasma and related sputteringof nearby components, source size and shape, therepetition-rate limit of the source and non-EUV emission fromthe plasma.

Although the main focus of the thesis has been thedevelopment and characterization of a liquid-xenon-jetlaser-plasma source for production-scale EUVL, the source mayalso be suitable for small field applications that benefit fromthe high potential brightness of the source. A method to scanthe plasma and thus minimize the photon losses whilemaintaining the object plane uniformity was developed.Furthermore, the first operation of a liquidtin- jet laserplasma is reported. Quantitative EUV flux measurements yieldrecord CE, but quantitative contamination measurements alsoindicate that a liquid-tin-jet laser plasma is not likely to beapplicable as a source for EUVL.

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Debus, Alexander. "Brilliant radiation sources by laser-plasma accelerators and optical undulators". Forschungszentrum Dresden, 2012. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:d120-qucosa-91303.

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Streszczenie:

This thesis investigates the use of high-power lasers for synchrotron radiation sources with high brilliance, from the EUV to the hard X-ray spectral range. Hereby lasers accelerate electrons by laser-wakefield acceleration (LWFA), act as optical undulators, or both. Experimental evidence shows for the first time that LWFA electron bunches are shorter than the driving laser and have a length scale comparable to the plasma wavelength. Furthermore, a first proof of principle experiment demonstrates that LWFA electrons can be exploited to generate undulator radiation. Building upon these experimental findings, as well as extensive numerical simulations of Thomson scattering, the theoretical foundations of a novel interaction geometry for laser-matter interaction are developed. This new method is very general and when tailored towards relativistically moving targets not being limited by the focusability (Rayleigh length) of the laser, while it does not require a waveguide. In a theoretical investigation of Thomson scattering, the optical analogue of undulator radiation, the limits of Thomson sources in scaling towards higher peak brilliances are highlighted. This leads to a novel method for generating brilliant, highly tunable X-ray sources, which is highly energy efficient by circumventing the laser Rayleigh limit through a novel traveling-wave Thomson scattering (TWTS) geometry. This new method suggests increases in X-ray photon yields of 2-3 orders of magnitudes using existing lasers and a way towards efficient, optical undulators to drive a free-electron laser. The results presented here extend far beyond the scope of this work. The possibility to use lasers as particle accelerators, as well as optical undulators, leads to very compact and energy efficient synchrotron sources. The resulting monoenergetic radiation of high brilliance in a range from extreme ultraviolet (EUV) to hard X-ray radiation is of fundamental importance for basic research, medical applications, material and life sciences and is going to significantly contribute to a new generation of radiation sources and free-electron lasers (FELs).

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Bellei, Claudio. "Measurements of optical radiation from high-intensity laser-plasma interactions". Thesis, Imperial College London, 2009. http://hdl.handle.net/10044/1/5372.

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Streszczenie:

This thesis presents experimental and theoretical results on the interaction of high-intensity lasers with solid and gaseous targets. All the measurements that are described belong to the optical region of the spectrum. The interaction with solid targets has been investigated for two different intensity regimes. Intensities of up to 10[21] Wcm-2 have been accessed on the VULCAN laser system at the Rutherford Appleton Laboratory whereas the JETI laser system at the Institut für Optik und Quantenelektronik in Jena allowed to reach intensities of up to 4x10[19] Wcm-2 . For both regimes, the transport of relativistic electrons generated in the interactions has been investigated through measurements of the optical radiation emitted from the rear surface of the solid targets. Polarimetry and angular distribution measurements indicate that the radiation presents a high degree of polarisation and is non-isotropically emitted. It is, therefore, mainly attributed to transition radiation. A theoretical model has been developed in order to interpret and validate the experimental observations. As a result, for the high intensity regime variation of the signal strength of the transition radiation with respect to the direction of observation is attributed to the presence of mm-scale filaments. The interaction with gaseous targets has been investigated at the Astra Gemini facility at the Rutherford Appleton Laboratory, for peak intensities of up to 3x10[19] Wcm-2 in a spot size of 20 [Mu]m FWHM. In this experiment the properties of the laser pulse were studied after interaction with the targets. For this purpose, a second harmonic generation FROG device was used. This allowed to determine both the pulse duration and the temporal phase of the pulse, giving an insight on the dependence of the pulse properties with respect to interaction length and electron number density. The experimental results show that the nonlinear evolution of the pulse can lead to compression from 45 fs before the interaction to a single pulse of below 20 fs duration, after propagating in the gaseous medium.

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Capdessus, Rémi. "Dynamique d'un plasma non collisionnel interagissant avec une impulsion laser ultra-intense". Thesis, Bordeaux 1, 2013. http://www.theses.fr/2013BOR15268/document.

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Streszczenie:

L'interaction d'un plasma avec une impulsion laser-intense suscite de plus en plus d'intérêt du fait des progrès en matière de technologie laser d'outils numériques. La réaction du rayonnement affecte la dynamique des électrons, celle du rayonnement synchrotron, ainsi que celle des ions via le champ de séparation de charge, pour des intensités laser supérieures à 10puissance22 W/CM2. les équations cinétiques régissant le transport de particules à ultra-haute intensité ont été obtenues. La réaction du rayonnement implique la contraction du volum de l'epace des phases des électrons A l'aide de simulations numériques nous avons démontré la forte rétro-action que les effets collectifs induisent sur le rayonnement synchrotron généré par les électons accélérés. L'importance des effets collectifs dépend fortement de la masse des ions et de l'épaisseur du plasma considéré. Ces effets pourraient être vérifiés expérimentalement avec des cibles cryogéniques d'hydrogène
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Mishra, Rohini. "Isochoric heating of thin target by intense laser radiation". abstract and full text PDF (free order & download UNR users only), 2007. http://0-gateway.proquest.com.innopac.library.unr.edu/openurl?url_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info:ofi/fmt:kev:mtx:dissertation&res_dat=xri:pqdiss&rft_dat=xri:pqdiss:1446449.

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Kamtaprasad, Reuvani. "LASER PLASMA RADIATION STUDIES FOR DROPLET SOURCES IN THE EXTREME ULTRAVIOLET". Master's thesis, University of Central Florida, 2010. http://digital.library.ucf.edu/cdm/ref/collection/ETD/id/2147.

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Streszczenie:

The advancement of laboratory based Extreme Ultraviolet (EUV) radiation has escalated with the desire to use EUV as a source for semiconductor device printing. Laser plasmas based on a mass-limited target concept, developed within the Laser Plasma Laboratory demonstrate a much needed versatility for satisfying rigorous source requirements. This concept produces minimal debris concerns and allows for the attainment of high repetition rates as well as the accommodation of various laser and target configurations. This work demonstrates the generation of EUV radiation by creating laser plasmas from mass-limited targets with indium, tin, and antimony doped droplets. Spectral emission from the laser plasmas is quantified using a flat-field spectrometer. COWAN code oscillator strength predications for each of the dopants were convolved with narrow Gaussian functions creating synthetic spectra for the EUV region between 10 nm - 20 nm. A preliminary comparison was made between the theoretical spectra and experimental results. From this comparison, ion stage transitions for each of the hot dense plasmas generated were assessed.
M.S.E.E.
School of Electrical Engineering and Computer Science
Engineering and Computer Science
Electrical Engineering MSEE

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Nomura, Yutaka. "Temporal characterization of harmonic radiation generated by intense laser-plasma interaction". Diss., kostenfrei, 2008. http://edoc.ub.uni-muenchen.de/8598/.

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Cantono, Giada. "Relativistic Plasmonics for Ultra-Short Radiation Sources". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS353/document.

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Streszczenie:

La plasmonique étudie le couplage entre le rayonnement électromagnétique et les oscillations collectives des électrons dans un matériel. Les plasmons de surface (SPs), notamment, ont la capacité de concentrer le champ électromagnétique sur des distances micrométriques, ce qui les rend intéressants pour le développement des dispositifs photoniques les plus novateurs. 'Etendre l'excitation de SPs au régime de champs élevés, où les électrons oscillent à des vitesses relativistes, ouvre des perspectives stimulantes pour la manipulation de la lumière laser ultra-intense et le développement de sources de rayonnement énergétiques et à courte durée. En fait, l'excitation de modes résonnants du plasma est l'une des stratégies possibles pour transférer efficacement l'énergie d'une impulsion laser ultra-puissante à une cible solide, cela étant parmi les défis actuels dans la physique de l’interaction laser-matière à haute intensité. Dans le cadre de ces deux sujets, ce travail de thèse démontre la possibilité d'exciter de façon résonnante des plasmons de surface avec des impulsions laser ultra-intenses. Elle étudie comment ces ondes peuvent à la fois accélérer de paquets d'électrons relativistes le long de la surface de la cible mais aussi augmenter la génération d'harmoniques d'ordre élevé de la fréquence laser. Ces deux processus ont été caractérisés avec de nombreuses expériences et simulations numériques. En utilisant un schéma d’interaction standard de la plasmonique classique, les SPs sont excités sur des cibles dont la surface présente une modulation périodique régulière à l'échelle micrométrique (cibles réseau). Dans ce cas, les propriétés de l'émission d'électrons tout comme celles des harmoniques permettent d’envisager leur utilisation dans des application pratiques. En réussissant à dépasser les principaux problèmes conceptuels et techniques qui jusqu'au présent avaient empêché l'application d'effets plasmoniques dans le régime de champs élevés, ces résultats apportent un intérêt nouveau à l'exploration de la Plasmonique Relativiste
Plasmonics studies how the electromagnetic radiation couples with the collective oscillations of the electrons within a medium. Surface plasmons (SPs), in particular, have a well-established role in the development of forefront photonic devices, as they allow for strong enhancement of the local EM field over sub-micrometric dimensions. Promoting the SP excitation to the high-field regime, where the electrons quiver at relativistic velocities, would open stimulating perspectives for the both the manipulation of ultra-intense laser light and the development of energetic, short radiation sources. Indeed, the excitation of resonant plasma modes is a possible strategy to efficiently deliver the energy of a high-power laser to a solid target, this being among the current challenges in the physics of highly-intense laser-matter interaction. Gathering these topics, this thesis demonstrates the opportunity of resonant surface plasmon excitation at ultra-high laser intensities by studying how such waves accelerate bunches of relativistic electrons along the target surface and how they enhance the generation of high-order harmonics of the laser frequency. Both these processes have been investigated with numerous experiments and extensive numerical simulations. Adopting a standard configuration from classical plasmonics, SPs are excited on solid, wavelength-scale grating targets. In their presence, both electron and harmonic emissions exhibit remarkable features that support the conception of practical applications. Putting aside some major technical and conceptual issues discouraging the applicability of plasmonic effects in the high-field regime, these results are expected to mark new promises to the exploration of Relativistic Plasmonics

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D'Amico, Ciro. "Filamentation femtoseconde dans les milieux transparents passifs et amplificateurs, et étude de la filamentation comme source de radiation secondaire". Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2007. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00003498.

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Streszczenie:

Ce travail de thèse peut être divisé en deux parties. Dans la première partie on présente une étude de la filamentation d'impulsions laser femtoseconde dans les milieux Kerr transparents passifs et amplificateurs; les résultats principaux de cette partie sont les suivants: mise en place d'une nouvelle technique (P-scan) pour l'étude des différents régimes de propagation non linéaire d'une impulsion femtoseconde dans les gaz (chapitre III), et mise en évidence de la possibilité d'augmenter l'énergie et la puissance transportées par un seul filament, bien au dessus du seuil d'apparition de multi-filaments (chapitres IV et V). Dans la deuxième partie, on étudie le plasma généré par filamentation en tant que source de radiation électromagnétique secondaire, dans les bandes Ter! ahertz et Radiofréquences. L'étude du filament comme source de radiation Terahertz est décrit dans les chapitres VI, VII et VIII ; elle a amené à la découverte d'un nouveau mécanisme d'émission radiale en présence d'un champ électrique statique longitudinal le long de l'axe du filament. Nous avons aussi découvert un nouveau mécanisme d'émission Terahertz en l'absence de champ appliqué; cette fois la radiation est émise vers l'avant dans un cône fermé autour de l'axe de propagation du filament. Le mécanisme d'émission, modélisé en collaboration avec le Prof. Tikhonchuk de l'Université de Bordeaux 1, s'est révélé être en très bon accord avec les observations expérimentales. Enfin, nous avons mis en évidence la possibilité de transformer un canal de plasma produit par la! ser en une antenne dipolaire, qui peut émettre des radiof! réq uences. Ce sujet est décrit dans le chapitre IX.

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Estublier, Denis L. "Radiation emission and absorption in a hydrogen plasma of a laser engine". Thesis, Virginia Tech, 1990. http://hdl.handle.net/10919/42161.

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Streszczenie:

In this work, we describe all the possible radiative processes occuring in a low temperature hydrogen plasma. Some of the fundamental concepts involving ionized gases and collision phenomena are presented, and a rigourous approach is used to show that classical mechanics is quite appropriate to our study.

As an application to a laser engine, we investigate the effects of the maximum temperature, the temperature gradient, the stretching of the plasma shape, the engine pressure, and the equivalent sphere radius, on the total emitted power, including absorbing mechanisms through the equation of radiative transfer.

Graphs related to spectral radiative exitances are included, and a complete set of graphs of the total power, permitting interpolations with respect to the above relevant paramaters, are also provided.

Master of Science

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Cavallone, Marco. "Application of laser-plasma accelerated beams to high dose-rate radiation biology". Thesis, Institut polytechnique de Paris, 2020. http://www.theses.fr/2020IPPAX063.

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Streszczenie:

Le cancer est la deuxième cause de décès dans le monde, représentant environ un décès sur six en 2018. Parmi les techniques employées de nos jours dans la lutte contre le cancer, l’une des plus utilisées et prometteuses est la radiothérapie, technique consistant en l’utilisation de rayonnements ionisants afin de déposer de l’énergie dans la tumeur pour la traiter. Or, puisque les cellules saines sont également endommagées par les rayonnements, le but de la radiothérapie est d’augmenter la sélectivité du traitement en épargnant autant que possible les tissus sains. L’optimisation de la sélectivité repose sur plusieurs aspects, comprenant l’optimisation spatiale de la dose, la précision de l’imagerie et de la dosimétrie, le type de rayonnement et la structure temporelle utilisée pour délivrer la dose. En particulier, le rôle du débit de dose et du temps d’irradiation n’a pas encore été explorés en détail.Les accélérateurs cliniques délivrent la dose avec un débit de dose d’environ quelques Gy/min, ce qui entraîne des temps d’irradiation de l’ordre de quelques minutes. Si, d’une part, l’effet d’une réduction du débit de dose de l’ordre de cGy/min sur la réponse biologique est bien connu, d’autre part l’effet d’un débit de dose élevé doit encore être éclairci. Recemment, des études in vivo réalisées avec des électrons et des photons produits par des prototypes d’accélérateurs ont montré que l’administration de la dose dans un temps court (<500 ms) et à un débit de dose élevé (>40 Gy/s) augmente la sélectivité du traitement en réduisant le risque d’effets secondaires sur les tissus sains. Bien que les causes de ce phénomène soient encore à l’étude, le protocole FLASH a été testé avec succès sur le premier patient en 2019. Ces résultats soulignent l’importance de la structure temporelle de l’irradiation et les avantages potentiels que les protocoles d’irradiation à haut débit de dose peuvent apporter en clinique. Or, l’utilisation de ces protocoles demande une compréhension plus approfondie des processus physico-chimiques et biologiques déclenchés par un dépôt de dose rapide.Dans ce contexte, les faisceaux de particules accélérées par laser représentent un outil unique pour jeter de la lumière sur les processus qui régissent la réponse biologique suite à une irradiation à haut débit de dose. Ces faisceaux sont produits en focalisant une impulsion laser ultra-courte (~fs) et ultra-intense (1019 W/cm2) sur une cible mince solide ou gazeuse (~μm), ce qui produit des faisceaux de particules ayant une durée de l’impulsion allant de la picoseconde à la femtoseconde. Ces caractéristiques permettent d’atteindre un débit de dose dans l’impulsion de l’ordre de ~109 Gy/s, c’est-à-dire des conditions d’irradiation extrêmement différentes par rapport aux protocoles de traitement conventionnels et FLASH. Pour cette raison, les faisceaux de particules accélérées par laser ont reçu une grande attention au cours des dernières années, mais leur effet biologique est toujours en discussion et d’autres études plus approfondies sont nécessaires.Cette thèse décrit les atouts des Protons Accélérés par Laser (PAL) et des Électrons Accélérés par Laser (EAL) produits par différents types de laser à haute puissance disponibles dans le commerce. En particulier, elle présente des études expérimentales et théoriques réalisées avec trois types de faisceaux permettant différentes modalités temporelles d’administration de la dose. L’objectif est de traiter certains des principaux problèmes liés à l’application de ces sources de particules à la biologie des rayonnements et de montrer des solutions et des techniques viable pour mener des études de radiobiologie systématique. Cela demande une caractérisation précise de ces faisceaux, l’optimisation de la distribution de la dose dans la cible biologique à travers la conception de lignes de transport adaptées et, enfin, l’étude de la réponse des instruments de dosimétrie utilisés en clinique à haut débit de dose
Cancer is the second leading cause of death globally, accounting for an estimated 9.6 million deaths, or one in six deaths, in 2018. Besides surgery and chemotherapy, radiotherapy is one of the major treatment modality. It consists in the use of ionising radiation to kill cancerous cells by depositing energy into the tumour and destroying the genetic material that controls how cells grow and divide. While both cancerous and healthy cells are damaged by radiation, the goal of radiotherapy is to increase the treatment selectivity by sparing as much as possible the healthy tissues. Optimisation of the selectivity reposes on several aspects, including spatial optimisation of the dose, precision of imaging techniques and dosimetry instruments, use of different radiations and temporal structures of dose delivery. In particular, the role of the dose-rate and the total irradiation time has not been extensively explored yet.Clinical accelerators typically deliver the dose with a dose rate around few Gy/min, leading to exposure times in the order of few minutes to deliver a therapeutic dose. While the effect of a reduction of the dose rate in the order of cGy/min is well known, the effect of high-dose rate, fast irradiation on living cells still need to be elucidated. Evidences of an effect of the high dose-rate on the biological response have been recently observed in many studies. In particular, in-vivo studies performed with electrons and photons produced by accelerator prototypes have shown that delivering the prescribed dose in a short exposure time (<500ms) and at a high dose-rate (>40Gy/s) increases the treatment selectivity by reducing the occurrence of secondary effects on healthy tissues compared to conventional treatments with the same total dose. Although theoretical explanations underpinning such phenomenon are still under discussion, the so-called FLASH protocol has been successfully tested with the first human patient in 2019, paving the way for further research in this domain. These important results point out the importance of the dose delivery modality on the treatment selectivity and the potential benefit that high dose-rate protocols may bring to clinics, asking for a deeper understanding of the physico-chemical and biological processes following fast dose deposition.In this scenario, Laser-Driven Particle (LDP) beams represent a unique tool to shed some light on the radiobiological response following high-dose rate irradiation. LDP sources are produced by focusing an ultra-short (~fs) and ultra-intense (1019 W/cm2) laser pulse on a solid or gaseous thin target (~μm), producing proton and electron bunches with duration of respectively a few picoseconds and a few femtoseconds. These characteristics allow the reach of extremely high peak dose-rate in the pulse of the order of ~109 Gy/s in comparison with conventional and FLASH treatment protocols. For this reason, LDP sources have been receiving great attention in the last decade, but their radiobiological effect is still debated and further systematic studies are required.This thesis discusses the potential of both Laser-Accelerated Protons (LAP) and Laser-Accelerated Electrons (LAE) produced by different types of commercially available high-power lasers systems. In particular, it presents experimental and theoretical studies carried out with three different types of LDP beams, i.e. Hz LAPs, single-shot LAPs and kHz LAEs, enabling different temporal modalities of dose delivery. The goal is to address some of the main issues related to the application of such sources to radiation biology and show viable solutions and irradiation protocols to perform systematic radiobiology studies. Such issues include accurate characterisation of the source, optimisation of the dose distribution at the biological target through the design of adapted transport beamlines and investigation of the behaviour of dosimetric instruments for high dose-rate dosimetry

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Lanier, Steven t. "Dynamic Screening via Intense Laser Radiation and Its Effects on Bulk and Surface Plasma Dispersion Relations". Thesis, University of North Texas, 2017. https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc1011758/.

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Streszczenie:

Recent experimentation with excitation of surface plasmons on a gold film in the Kretschmann configuration have shown what appears to be a superconductive effect. Researchers claimed to see the existence of electron pairing during scattering as well as magnetic field repulsion while twisting the polarization of the laser. In an attempt to explain this, they pointed to a combination of electron-electron scattering in external fields as well as dynamic screening via intense laser radiation. This paper expands upon the latter, taking a look at the properties of a dynamic polarization function, its effects on bulk and surface plasmon dispersion relations, and its various consequences.

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Bajlekov, Svetoslav. "Towards a free-electron laser driven by electrons from a laser-wakefield accelerator : simulations and bunch diagnostics". Thesis, University of Oxford, 2011. http://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:99f9f13a-d0c2-4dd8-a9a4-13926621c352.

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Streszczenie:

This thesis presents results from two strands of work towards realizing a free-electron laser (FEL) driven by electron bunches generated by a laser-wakefield accelerator (LWFA). The first strand focuses on selecting operating parameters for such a light source, on the basis of currently achievable bunch parameters as well as near-term projections. The viability of LWFA-driven incoherent undulator sources producing nanojoule-level pulses of femtosecond duration at wavelengths of 5 nm and 0.5 nm is demonstrated. A study on the prospective operation of an FEL at 32 nm is carried out, on the basis of scaling laws and full 3-D time-dependent simulations. A working point is selected, based on realistic bunch parameters. At that working point saturation is expected to occur within a length of 1.6 m with peak power at the 0.1 GW-level. This level, as well as the stability of the amplification process, can be improved significantly by seeding the FEL with an external radiation source. In the context of FEL seeding, we study the ability of conventional simulation codes to correctly handle seeds from high-harmonic generation (HHG) sources, which have a broad bandwidth and temporal structure on the attosecond scale. Namely, they violate the slowly-varying envelope approximation (SVEA) that underpins the governing equations in conventional codes. For this purpose we develop a 1-D simulation code that works outside the SVEA. We carry out a set of benchmarks that lead us to conclude that conventional codes are adequately capable of simulating seeding with broadband radiation, which is in line with an analytical treatment of the interaction. The second strand of work is experimental, and focuses on on the use of coherent transition radiation (CTR) as an electron bunch diagnostic. The thesis presents results from two experimental campaigns at the MPI für Quantenoptik in Garching, Germany. We present the first set of single-shot measurements of CTR over a continuous wavelength range from 420 nm to 7 μm. Data over such a broad spectral range allows for the first reconstruction of the longitudinal profiles of electron bunches from a laser-wakefield accelerator, indicating full-width at half-maximum bunch lengths around 1.4 μm (4.7 fs), corresponding to peak currents of several kiloampères. The bunch profiles are reconstructed through the application of phase reconstruction algorithms that were initially developed for studying x-ray diffraction data, and are adapted here for the first time to the analysis of CTR data. The measurements allow for an analysis of acceleration dynamics, and suggest that upon depletion of the driving laser the accelerated bunch can itself drive a wake in which electrons are injected. High levels of coherence at optical wavelengths indicate the presence of an interaction between the bunch and the driving laser pulse.

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Ju, Jinchuan. "Electron acceleration and betatron radiation driven by laser wakefield inside dielectric capillary tubes". Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00861267.

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This dissertation addresses electron acceleration and the associated betatron X-ray radiation generated by laser wakefield inside dielectric capillary tubes. Focusing the state-of-the-art multi-terawatt laser pulses, high peak intensity, of the order of 1018 W/cm2, can be achieved in the focal plane, where a plasma bubble free of electron is formed just behind the laser. Owing to space charge separation ultrahigh electric fields, of the order of 100 GV/m, occur inside the plasma bubble, providing the possibility to accelerate electrons up to GeV-class over merely a centimetre-scale distance. Furthermore, ultra-short synchrotron-like X-ray radiation, known as betatron radiation, is produced simultaneously when the accelerated electrons are transversely wiggled by the radial electric field inside the plasma bubble. This thesis reports experimental results on the generation and optimization of electron and X-ray beams, particularly when a capillary tube is used to collect the energy of laser halos in the focal plane to facilitate the laser keeping self-focused over a long distance. Employing the 40 fs, 16 TW Ti:sapphire laser at the Lund Laser Centre (LLC) in Sweden, either peaked or widely-spread accelerated electron spectra with a typical beam charge of tens of pC were measured with a maximum energy up to 300 MeV in 10 mm long capillary tubes. Meanwhile, betatron X-ray radiation consisting of 1-10 keV photons was measured with a peak brightness of the order of 1021 photons/s/mm2/mrad2/0.1%BW, which is around 30 times higher than that in the case of a 2 mm gas jet without external optical guiding. When the laser pointing fluctuation is compensated, exceptionally reproducible electron beams are obtained with fluctuations of only 1 mrad RMS in beam pointing, a few percent in electron energy, and around 20% RMS in beam charge. The relatively large instability of beam charge is found to be essentially correlated to laser power fluctuation. Moreover, betatron radiation is able to provide the diagnostics about electron acceleration process and average number of betatron oscillations fulfilled by electrons inside the plasma bubble. The typical X-ray source size (waist of Gaussian distribution at 1/e2 intensity) is quantified to be ~2.5 μm using Fresnel diffraction induced by a razor blade, which furthermore yields the corresponding normalized RMS emittance of electron beam 0.83π mm mrad. Three dimensional particle-in-cell (PIC) modelings are in good agreement with the experimental findings. The PIC simulations also reveal the generated electron bunches (or X-ray bursts) have pulse durations as short as 10 fs.

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Dunne, Anthony Michael. "Measurements of thermal and radiation energy transport in laser and soft X-ray heated targets". Thesis, Imperial College London, 1995. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.336433.

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Bourgeois, Pierre-Louis. "Modélisation de sources X générées par interaction laser-plasma en régime relativiste". Thesis, Institut polytechnique de Paris, 2020. http://www.theses.fr/2020IPPAX073.

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Streszczenie:

Lors de la propagation d'une impulsion laser ultra courte, ultra intense dans un gaz de faible densité, un plasma est créé et une partie des électrons vont pouvoir être accélérés grâce à la technique de sillage laser à des énergies de plusieurs GeV en quelques centimètres.Ces électrons, lors de leur accélération, émettent un rayonnement X appelé bêtatron, qui est fortement collimaté et possède de très bonnes propriétés spatiales et temporelles, lui donnant de nombreuses applications dont l'imagerie ultra-haute résolution.Dans cette thèse, on étudie comment améliorer les outils numériques utilisés pour simuler ces phénomènes physiques : les codes Particle-In-Cell (CALDER). On s'intéresse notamment à un artefact numérique appelé rayonnement Cherenkov numérique, qui survient lorsque les particules accélérés se déplacent à des vitesses proches de la vitesse de la lumière dans le vide.On démontre que cet artefact a un effet néfaste sur le comportement du faisceau d'électrons accélérés, en particulier sur son mouvement transverse, ce qui conduit à des erreurs importantes sur le calcul du rayonnement bêtatron à partir des simulations PIC. On propose alors une nouvelle approche pour limiter l'impact de ce rayonnement Cherenkov numérique sur les simulations d'accélération par sillage laser en modifiant la méthode d'interpolation des champs habituellement utilisée dans un code PIC. Les résultats obtenus avec cette nouvelle technique mettent en évidence une nette amélioration de la modélisation du mouvement des électrons, qui se rapproche du comportement attendu théoriquement. Fort de ces premiers résultats, d'autres applications de cette technique sont ensuite explorées, pour améliorer la modélisation des sources bêtatron, de l'accélération par laser dans le vide ou de l'accélération directe par laser.La plus grande précision sur le calcul du mouvement transverse des particules qu'apporte cette nouvelle méthode permet d'améliorer les résultats mais aussi d'étudier des phénomènes physiques aux effets subtils qui sont autrement cachés par le bruit numérique des simulations
When an ultra-short ultra-intense laser impulsion propagates through a low density gas jet, a plasma is created and a bunch of electrons can be accelerated through laser wakefield acceleration to Gev energies in only a few centimetres. Those accelerated electrons then emit what is called Betatron radiation: a highly focused X-ray source with extremely good spatial and temporal properties, which has a lot of possible applications including ultra-high resolution imaging.In this thesis, we investigate possible improvements to one of the main numerical tools used to simulate those phenomenons: the Particle-In-Cell codes (CALDER). We have especially studied a numerical artefact called the numerical Cherenkov radiation, that occurs when relativistic particles move at speeds aproaching the speed of light in a vaccuum.We show that this artefact has a negative impact on the behaviour of the accelerated electron beam, especially on its transverse motion, which leads to important errors on the betatron radiation calculated using PIC simulations.We then introduce a new approach to mitigate the impact of this numerical Cherenkov radiation on laser wakefield acceleration simulation with a simple modification of the electromagnetic field interpolation method used in PIC codes. The results obtained with this new technique show a meaningful improvement on the electron motion wich becomes close to the theoretically expected behaviour.We then explore other possible applications for this new technique, notably improving the modelization of betatron sources, vacuum laser acceleration or direct laser acceleration.The improvement of the computation of the particles transverse motion thanks to this new method leads to more accurate results but also enables us to study physical phenomenon with subtle effects that would otherwise be hidden among the numerical noise of the simulation

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Gonoskov, Arkady. "Ultra-intense laser-plasma interaction for applied and fundamental physics". Doctoral thesis, Umeå universitet, Institutionen för fysik, 2013. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:umu:diva-84245.

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Rapid progress in ultra-intense laser technology has resulted in intensity levels surpassing 1022 W/cm2, reaching the highest possible density of electromagnetic energy amongst all controlled sources available in the laboratory. During recent decades, fast growth in available intensity has stimulated numerous studies based on the use of high intensity lasers as a unique tool for the initiation of nonlinear behavior in various basic systems: first molecules and atoms, then plasma resulting from the ionization of gases and solids, and, finally, pure vacuum. Apart from their fundamental importance, these studies reveal various mechanisms for the conversion of a laser pulse's energy into other forms, opening up new possibilities for generating beams of energetic particles and radiation with tailored properties. In particular, the cheapness and compactness of laser based sources of energetic protons are expected to make a revolution in medicine and industry. In this thesis we study nonlinear phenomena in the process of laser radiation interacting with plasmas of ionized targets. We develop advanced numerical tools and use them for the simulation of laser-plasma interactions in various configurations relating to both current and proposed experiments. Phenomenological analysis of numerical results helps us to reveal several new effects, understand the physics behind them and develop related theoretical models capable of making general conclusions and predictions. We develop target designs to use studied effects for charged particle acceleration and for the generation of attosecond pulses of unprecedented intensity. Finally, we analyze prospects for experimental activity at the upcoming international high intensity laser facilities and uncover a basic effect of anomalous radiative trapping, which opens up new possibilities for fundamental science.

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Williamson, Thomas Patrick. "Expansion of laser-produced plasmas into vacuum and ambient gases". Thesis, Queen's University Belfast, 2001. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.391485.

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Ghaith, Amin. "Towards compact and advanced Free Electron Laser". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS333/document.

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Les lasers à électrons libres (LEL) X sont aujourd'hui des sources lumineuses cohérentes et intenses utilisées pour des investigations multidisciplinaires de la matière. Un nouveau schéma d'accélération, l'accélérateur laser plasma (LPA), est maintenant capable de produire une accélération de quelques GeV/cm, bien supérieure à celle des linacs radiofréquence. Ce travail de thèse a été mené dans le cadre des programmes de R&D du projet LUNEX5 (laser à électrons libres utilisant un nouvel accélérateur pour l’exploitation du rayonnement X de 5e génération) de démonstrateur LEL avancé et compact avec applications utilisatrices pilotes. Il comprend un linac supraconducteur de 400 MeV de haute cadence (10 kHz) pour l’étude de schémas LEL avancés, et LPA pour sa qualification par une application LEL. La ligne LEL utilise une configuration d’injection avancée dans la plage spectrale 40-4 nm par génération d’harmoniques à gain élevé (HGHG) et schéma d’écho (EEHG) avec des onduleurs compacts cryogéniques à champ élevé de courte période courte. L'étude de solutions adaptées aux applications LEL compactes et avancées est donc examinée. Un premier aspect concerne la réduction du milieu de gain du LEL (électrons dans l'onduleur), le raccourcissement de la période se faisant au détriment du champ magnétique. Les onduleurs cryogéniques compacts à base d'aimants permanents cryogéniques (CPMU), dans lesquels les performances de l'aimant sont améliorées à la température cryogénique sont étudiés. Une deuxième partie du travail développée dans le cadre l’expérience de R&D COXINEL visant à démontrer l’amplification LEL à l’aide d’un LPA. La ligne permet de manipuler les propriétés des faisceaux d’électrons produits (dispersion en énergie, divergence, variation de pointé) avant d’être utilisées pour des applications de sources lumineuses. Le faisceau d'électrons généré est très divergent et nécessite une bonne manipulation juste après la source avec des quadrupôles forts placés immédiatement après la génération d'électrons. Ainsi, des quadrupôles innovants à aimants permanents de gradient élevé réglable appelés «QUAPEVA», sont développés. Ils sont optimisés avec le code RADIA et caractérisées avec trois mesures magnétiques. Un gradient de 200 T/m avec une variabilité de 50 % est obtenu tout en maintenant une excursion du centre magnétique réduite à ± 10 µm, qui a permis un alignement par compensation de pointé du faisceau dans COXINEL grâce au centre magnétique variable des systèmes, avec un faisceau bien focalisé sans dispersion. Les QUAPEVA constituent des systèmes originaux dans le paysage des quadrupôles à de gradient élevé et variable développés jusqu'à présent. Une troisième partie des travaux concerne l’observation du rayonnement d’onduleur monochromatique ajustable sur la ligne COXINEL. Le faisceau d'électrons d'énergie de 170 MeV est transporté et focalisé dans un CPMU de 2 m et de période de 18 mm émettant à 200 nm. Le flux spectral est caractérisé à l'aide d'un spectromètre UV et le flux angulaire mesuré par une caméra CCD. La longueur d'onde est accordée avec l’entrefer. Les distributions spatio-spectrales mesurées en forme de lune du rayonnement de l'onduleur sont bien reproduites par les simulations de rayonnement utilisant les distributions d’électrons mesurées et transportées le long de la ligne. Elles permettent aussi de renseigner sur la qualité du faisceau d’électrons, de son transport et d'en estimer les paramètres tels que la dispersion en énergie et la divergence. Le dernier aspect du travail est lié à la comparaison entre la génération des harmoniques en gain élevé et le schéma d’écho, dans le cadre de ma participation à une expérience réalisée à FERMI @ ELETTRA. Nous avons pu démontrer un LEL de type écho à 5,9 nm, avec spectres plus étroits et une meilleure reproductibilité que le schéma HGHG à deux étages. Cette thèse constitue un pas en avant vers les lasers à électrons libres compacts et avancés
X-ray Free Electron Lasers (FEL) are nowadays unique intense coherent fs light sources used for multi-disciplinary investigations of matter. A new acceleration scheme such as Laser Plasma Accelerator (LPA) is now capable of producing an accelerating gradient of few GeV/cm far superior to that of conventional RF linacs. This PhD work has been conducted in the framework of R&D programs of the LUNEX5 (free electron Laser Using a New accelerator for the Exploitation of X-ray radiation of 5th generation) project of advanced and compact Free Electron laser demonstrator with pilot user applications. It comprises a 400 MeV superconducting linac for studies of advanced FEL schemes, high repetition rate operation (10 kHz), multi-FEL lines, a Laser Wake Field Accelerator (LWFA) for its qualification by a FEL application. The FEL lines comports enables advanced seeding in the 40-4 nm spectral range using high gain harmonic generation (HGHG) and echo-enabled harmonic generation (EEHG) with compact short period high field cryogenic undulators. The study of compact devices suitable for compact FEL applications is thus examined. One first aspect concerns the reduction of the Free Electron Laser gain medium (electrons in undulator) where shortening of the period is on the expense of the magnetic field leading to an intensity reduction at high harmonics. Compact cryogenic permanent magnet based undulators (CPMUs), where the magnet performance is increased at cryogenic temperature making them suitable for compact applications, are studied. Three CPMUs of period 18 mm have been built: two are installed at SOLEIL storage ring and one at COXINEL experiment. A second part of the work is developed in the frame of the R&D programs is the COXINEL experiment with an aim at demonstrating FEL amplification using an LPA source. The line enables to manipulate the properties of the produced electron beams (as energy spread, divergence, induced dispersion due) before being used for light source applications. The electron beam generated is highly divergent and requires a good handling at an early stage with strong quadrupoles, to be installed immediately after the electron generation source. Hence, the development of the so-called QUAPEVAs, innovative permanent magnet quadrupoles with high tunable gradient, is presented. The QUAPEVAs are optimized with RADIA code and characterized with three magnetic measurements. High tunable gradient is achieved while maintaining a rather good magnetic center excursion that allowed for beam pointing alignment compensation at COXINEL, where the beam is well-focused with zero dispersion at any location along the line. The QUAPEVAs constitute original systems in the landscape of variable high gradient quadrupoles developed so far. A third part of the work concerns the observation of tunable monochromatic undulator radiation on the COXINEL line. The electron beam of energy of 170 MeV is transported and focused in a 2-m long CPMU with a period of 18 mm emitting radiation light at 200 nm. The spectral flux is characterized using a UV spectrometer and the angular flux is captured by a CCD camera. The wavelength is tuned with the undulator gap variation. The spatio-spectral moon shape type pattern of the undulator radiation provided an insight on the electron beam quality and its transport enabling the estimation of the electron beam parameters such as energy spread and divergence. The final aspect of the work is related to the comparison between the echo and high gain harmonic generation, in the frame of my participation to an experiment carried out at FERMI@ELETTRA. At FERMI, we have demonstrated a high gain lasing using EEHG at a wavelength of 5.9 nm where it showed a narrower spectra and better reproducibility compared to a two-stage HGHG. This PhD work constitutes a step forward towards advanced compact Free Electron Lasers

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Koay, Chiew-Seng. "RADIATION STUDIES OF THE TIN-DOPED MICROSCOPIC DROPLET LASER PLASMA LIGHT SOURCE SPECIFIC TO EUV LITHOGRAPHY". Doctoral diss., University of Central Florida, 2006. http://digital.library.ucf.edu/cdm/ref/collection/ETD/id/4268.

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Extreme ultraviolet lithography(EUVL) is being developed worldwide as the next generation technology to be inserted in ~ 2009 for the mass production of IC chips with feature sizes <35 nm. One major challenge to its implementation is the development of a 13.5 nm EUV source of radiation that meets the requirements of current roadmap designs of the source of illumination in commercial EUVL scanners. The light source must be debris-free, in a free-space environment with the imaging EUV optics that must provide sufficient, narrow spectral band EUV power to print 100 wafers/hr. To meet this need, extensive studies on emission from a laser plasma source utilizing tin-doped droplet target was conducted. Presented in this work, are the many optical techniques such as spectroscopy, radiometry, and imaging, that were employed to characterize and optimize emission from the laser plasma source State of the art EUV spectrographs were employed to observe the source's spectrum under various laser irradiation conditions. Comparing the experimental spectra to those from theory, has allowed the determination of the Sn ion stages responsible for emitting into the useful EUV bandwidth. Experimental results were compared to spectral simulations obtained using Collisional-Radiative Equilibrium (CRE) model, as well. Moreover, extensive measurements surveying source emission from 2 nm to 30 nm, which is the region of the electromagnetic spectrum defined as EUV, was accomplished. Absolutely calibrated metrology was employed with the Flying Circus instrument from which the source's conversion efficiency (CE)--from laser to the useful EUV energy--was characterized under various laser irradiation conditions. Hydrodynamic simulations of the plasma expansion together with the CRE model predicted the condition at which optimum conversion could be attained. The condition was demonstrated experimentally, with the highest CE to be slightly above 2%, which is the highest value among all EUV source contenders. In addition to laser intensity, the CE was found to depend on the laser wavelength. For better understanding, this observation is compared to results from simulations. Through a novel approach in imaging, the size of the plasma was characterized by recording images of the plasma within a narrow band, around 13.5 nm. The size, approximately 100 ìm, is safely within the etendue limit set by the optical elements in the EUV scanner. Finally, the notion of irradiating the target with multiple laser beams was explored for the possibility of improving the source's conversion efficiency.
Ph.D.
Optics and Photonics
Optics

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Belmouaddine, Hakim. "Physique, chimie et biologie de la filamentation d’impulsions laser femtosecondes en solutions aqueuses". Thèse, Université de Sherbrooke, 2017. http://hdl.handle.net/11143/11220.

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La propagation d’une impulsion laser femtoseconde dans un milieu condensé trans- parent tel que l’eau conduit, dans les conditions appropriées, à la manifestation de phénomènes d’optiques non linéaires regroupés sous le terme de filamentation laser. Le faisceau laser correspondant voit alors sa propagation métamorphosée sous la forme de filaments de lumière intense. Au coeur de ces filaments, l’irradiance considérable provoque l’ionisation des atomes du milieu et la génération de plasmas. Produit de manière spontanée et auto-régulée, ces plasmas ont la particularité de combiner une densité importante d’événements d’ionisation avec des effets thermo-mécaniques minimisés. Leurs propriétés intrinsèques font de ces plasma une source d’ionisation singulière tout particulièrement en ce qui concerne les sciences qui s’intéressent à l’étude des effets des radiations ionisantes. Entre autres, les sciences des radiations étudient la physique, la chimie et la biologie de l’action des rayonnements ionisants sur des systèmes d’intérêt biologique. Dans ce contexte, cette dissertation s’intéresse à la filamentation d’impulsions laser femtosecondes proches infrarouges en solution aqueuse. L’eau représentant la compo- sante majeure des systèmes d’intérêt biologique, une solution aqueuse constitue une approximation satisfaisante d’un échantillon biologique plus concret. Tout d’abord, l’étude de la physique de la filamentation laser a permis de mieux appréhender l’interaction des impulsions assujetties au processus de filamentation dans l’eau, primordiale pour l’identification des conditions d’irradiation propices à une meilleure maîtrise des conséquences de la génération des plasmas photo-induits. Les effets d’un rayonnement ionisant en solution aqueuse sont notamment véhiculés au travers de la chimie déclenchée par l’ionisation de l’eau, qui implique une interaction entre les espèces réactives produites et les solutés dilués en solutions. L’étude des conséquences de l’irradiation laser sur des solutés inorganiques a permis d’élucider la nature de cette chimie sous rayonnements. De surcroît, il a été démontré comment la malléabilité qu’offre l’utilisation d’un laser se répercute sur la capacité à moduler les conséquences de l’irradiation. Enfin, l’étude a été étendue à l’irradiation de molécules d’ADN diluées en solution aqueuse. L’analyse détaillée des dommages occasionnés à l’ADN a permis de mettre en exergue la présence de lésions complexes caractéristiques d’une irradiation par un faisceau intense de rayonnements ionisants.
Abstract : The present study is part in a new framework in radiobiology, introduced a decade ago: femtosecond laser-induced "cold" low density plasmas for the highly localized deposition of energy at sub-cellular scales in systems of biological interest. Since in aqueous solutions the action of such plasmas is equivalent to the deposition of a dose by ionizing radiation, plasma-mediated effects on solutes involve the radiation chemistry of water. This chemistry corresponds to the interaction of solutes with radical oxygen species as well as with secondary low energy electrons, produced by the plasma. Here, to better understand the radiation chemistry underlying the generation of low density plasmas in aqueous environments, we harnessed the multi-filamentation of powerful femtosecond laser pulses as a way to achieve a self-regulated production of spatially homogeneous low density plasma foci in water. The "cold" low density plasma micro-channels generated by the filamentation of the femtosecond laser pulses in aqueous solutions constitute a source of dense ionization. We studied the femtosecond laser filamentation in inorganic solutions to account for the radiation-assisted chemistry triggered by laser ionization in aqueous environment. We highlighted that the trivial optical control of the spatio-temporal distribution of light filaments in the irradiated sample resulted in the modulation of the corresponding radical chemistry. We concluded that these spatially and temporally resolved plasmas could be developed as a tool for the unprecedented control of chemistry under ionizing radiation. The addition of a spatial light modulator to control the filamentation process improves significantly our control on the spatio-temporal distribution of the laser-induced plasma channels. From a bundle of entangled random low density plasma channels, usually produced by the non-linear propagation of the powerful laser beam, we were able to obtain a programmable matrix of mono-filaments to achieve a more pervasive and homogeneous energy deposition. This method of irradiation allowed us to perform a detailed analysis to determine, quantify and compare the consequences of the laser irradiation with those of a conventional source of ionizing radiation (Gamma-Rays) on organic molecules (e.g. DNA) desolved in aqueous solutions. We showed that each filament behaves as an independent intense micro beam of ionizing radiation, that is capable of inducing complex DNA damage. We believe that a better understanding of the laser-induced plasma-mediated effects in aqueous solutions of biological interest will further the adoption of such laser-based ionisation sources, and that this unorthodox approach to radiation sciences will open new fields of investigation at the frontiers of radiation and laser-driven chemistry. Moreover, one of the principal conclusions of this thesis argues in favour of a shift of paradigm in radiation sciences, shuch that the consequences of ionising radiation would not only be considered for their injurious effects but also for the fine modulation of the functions of systems of biological interest. This sentiment paves the way for new emerging techniques and applications in biomedical fields.

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Parr, David Michael. "A general theory of electronic parametric instability of relativistically intense laser light in plasma". Thesis, University of Essex, 2000. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.310043.

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André, Arnaud. "Etude numérique de l’interaction laser-plasma sous dense : de la propagation de l’impulsion au rayonnement émis par les électrons accélérés". Thesis, Paris 11, 2012. http://www.theses.fr/2012PA112098.

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Lors de le la propagation d’une impulsion laser ultra- intense et ultra-brève dans un plasma sous dense une onde de plasma se forme dans son sillage, susceptible d’accélérer des électrons à des énergies élevées sur de très courtes distances. Dans un régime d’excitation extrêmement non-linéaire, connu sous le nom de régime de la bulle, on peut obtenir des faisceaux mono-énergétiques d’électrons relativistes. Si les faisceaux d’électrons issus de l’interaction sont aujourd’hui bien caractérisés, de nombreux paramètres de l’interaction restent inaccessibles, faute de diagnostics adaptés. Nous avons tenté de répondre à cette problématique au cours de cette thèse, en étudiant à l’aide de simulations numériques comment interpréter le rayonnement issu de l’interaction pour déterminer la dynamique du milieu.La première partie de l’étude est consacrée aux propriétés du rayonnement des électrons accélérés, qui s’étend jusque dans le domaine des X. L’étude des caractéristiques de l’émission doit pouvoir renseigner sur le mouvement des électrons du milieu et plus généralement sur l’interaction laser-plasma. Les études menées dans le cadre de cette thèse montrent qu’en effet l’observation du rayonnement permet de déterminer la direction des électrons du faisceau en fin d’accélération, et dans une certaine mesure, leur répartition à l’intérieur du faisceau.La deuxième partie concerne la propagation en milieu sous dense. Le plasma perturbe l’impulsion au cours de sa propagation, modifiant ses caractéristiques spatiales et spectrales. Nous avons étudié ces effets lorsque le milieu est constitué d’un gaz d’azote puis d’argon. Nos résultats mettent en évidence les contributions respectives de l’auto-modulation de l’impulsion ainsi que celle du gradient de densité électronique créé par l’ionisation des gaz dans leurs différents états de charge. L’étude a été poursuivie dans des conditions d’accélération exploitant un gaz plus léger et à plus haute intensité, dans le régime de la bulle. Nous avons identifié l’origine des variations des conditions d’interaction observées dans la première partie
An intense and short laser pulse propagating through an under dense plasma creates a plasma wave in its wake. The huge electric fields generated by this wave are responsible for the acceleration of trapped electrons to high energies in a very short distance. A nonlinear acceleration regime, known as the bubble regime, is particularly exciting as it generates mono-energetic electron beams. Outstanding results have been obtained recently in this thematic. However, while the electron beam itself has been widely characterized, there is still a lack of information concerning the detail of the interaction process itself. During my thesis work, I contribute to bring responses to this problematic, by studying the information carried out by the light emitted during interaction using intensive numerical simulations.The first part of my thesis is the dedicated to the links existing between the properties of accelerated electrons and the radiation they emit. From its properties, we can deduce the direction of the electron beam at the end of the acceleration, as well as in some particular conditions inside the beam. It is also possible to observe variations of the interaction through radiations.The second part is dedicated to the pulse propagation study. The pulse shape and spectrum of the laser pulse can be modified during the interaction of the laser within the medium. We have studied the propagation of the pulse in Nitrogen and Argon for slightly relativistic intensity. We showed that in given conditions, the pulse spectrum can be shifted due to self-modulation, the generation of an electronic density gradient due to the gas ionization. We also studied the pulse propagation at higher intensity, in the bubble regime. We identified the origin of interaction variations, observed in the first part of the thesis through the emitted radiation study

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Meyer, Christophe. "Experimental study of imprinting and hydrodynamic instabilities in laser and soft X-ray driven targets". Thesis, Imperial College London, 1998. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.298814.

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Gaillard, Romain Philippe. "The interaction of picosecond high intensity laser pulses with preformed plasmas and solid targets". Thesis, Imperial College London, 1999. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.313744.

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Mountford, Lorna Catherine. "High intensity laser interactions with sub-micron droplets". Thesis, Imperial College London, 1999. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.369219.

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Hadj-Bachir, Mokrane. "Laser à rayons X ultra-compact Raman XFEL". Thesis, Bordeaux, 2016. http://www.theses.fr/2016BORD0400/document.

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L’obtention d’un Laser à Électrons Libres X (LEL-X) compact est un objectif majeur pour le développement des lasers. Plusieurs schémas prometteurs de LEL-X ont été proposés en utilisant à la fois l’accélération d’électrons dans les plasmas et des onduleurs optiques en régime Compton ou Compton inverse. Nous avons proposé un nouveau concept de LEL-X compact baptisé Raman XFEL, en combinant la physique des LEL en régime Compton, des lasers XUV conventionnels basés sur l’interaction laser plasma, et de l’optique non-linéaire. Nous étudions dans cette thèse les étapes préalables pour déclencher un effet laser à rayons X lors de l’interaction entre un paquet d’électrons libres relativistes et un réseau optique créé par l’interférence transverse de deux impulsions laser intenses. Dans cet objectif j’ai développé un code particulaire baptisé RELIC. Les études menées avec le code RELIC nous ont permis d’étudier la dynamique d’électrons relativistes et les processus d’injection du paquet d’électrons dans le réseau optique. Grâce à RELIC, nous avons distingué de nouveaux régimes d’interaction en fonction des paramètres du paquet d’électrons, ainsi que de la géométrie du réseau optique. Ces études ont été appliquées à l’amplification du rayonnement X et appuyées par des simulations PIC. RELIC a également permis de modéliser et d’analyser la première expérience réalisée en octobre 2015 sur l’installation laser ’Salle Jaune’ au Laboratoire d’Optique Appliquée (LOA). Cette première expérience a été une étape très importante pour la validation des modèles théoriques, et pour la réalisation future d’un laser à électrons libre X Raman
The quest for a compact X-ray laser has long been a major objective of laser science. Several schemes using optical undulators are currently considered, in order to trigger the amplification of back scattered radiation, in Compton or inverse Compton regime. We have proposed a new concept of compact XFEL based on a combination between the physics of free electron lasers, of laser-plasma interactions, and of nonlinear optics. In this thesis, we study the necessary steps to trigger a X-ray laser during the interaction between a free relativistic electron bunch and an optical lattice created by the interference of two intense transverse laser pulses. For this purpose I developed a particular tracking code dubbed RELIC. RELIC allowed us to study the dynamics and injection process of a bunch of relativistic electrons into the optical lattice. Thanks to RELIC, we distinguished several interaction regimes depending on the relativistic electron bunch parameters, and on those of the optical lattice and its geometry. These studies are applied to the X ray amplification and supported by PIC simulations. RELIC also allowed us to model and analyze the first experiment conducted in october 2015 on the ”Salle Jaune” laser facility at LOA. This first experiment was very important to validate our theoretical models, and should prove to be an essential milestone for the development of a Raman X-ray free electron laser

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Bergh, Magnus. "Interaction of Ultrashort X-ray Pulses with Material". Doctoral thesis, Uppsala : Acta Universitatis Upsaliensis Acta Universitatis Upsaliensis, 2007. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-8274.

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SICCHIERI, LETICIA B. "Caracterização da lipoproteína de baixa densidade (LDL) por meios espectroscópicos". reponame:Repositório Institucional do IPEN, 2012. http://repositorio.ipen.br:8080/xmlui/handle/123456789/10109.

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Streszczenie:

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:34:51Z (GMT). No. of bitstreams: 0
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Dissertação (Mestrado)
IPEN/D
Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

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Nuruzzaman, Shelly. "Study of parametric and hydrodynamic instabilities in laser produced plasmas". Thesis, Imperial College London, 2000. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.391443.

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Vinko, Sam M. "Creation and study of matter in extreme conditions by high-intensity free-electron laser radiation". Thesis, University of Oxford, 2011. https://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:dccfa977-ebe9-4f1b-ab9d-270684fcbfca.

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The recent development of free-electron lasers operating at XUV and X-ray wavelengths are proving vital for the exploration of matter in extreme conditions. The ultra-short pulse length and high peak brightness these light sources provide, combined with a tunable X-ray wavelength range, makes them ideally suited both for creating high energy density samples and for their subsequent study. In this thesis I describe the work done on the XUV free-electron laser FLASH in Hamburg, aimed at creating homogeneous samples of warm dense matter through the process of volumetric XUV photo-absorption, and the theoretical work undertaken to understand the process of high-intensity laser-matter interactions. As a first step, we have successfully demonstrated intensities above 10¹⁷ Wcm-2 at a wavelength of 13.5 nm, by focusing the FEL beam to micron and sub-micron spot sizes by means of a multilayer-coated off-axis parabolic mirror. Using these record high intensities, we have demonstrated for the first time saturable absorption in the XUV. The effect was observed in aluminium and magnesium samples and is due to the bleaching of a core-state absorption channel by the intense radiation field. This result has major implications for the creation of homogeneous high energy density systems, as a saturable absorption channel allows for a more homogeneous heating mechanism than previously thought possible. Further, we have conducted soft X-ray emission spectroscopy measurements which have delivered a wealth of information on the highly photo-excited system under irradiation, immediately after the excitation pulse, yet before the system evolves into the warm dense matter state. Such strongly photo-excited samples have also been studied theoretically, by means of density functional theory coupled to molecular dynamics calculations, yielding detailed electronic structure information. The use of emission spectroscopy as a probe for solid-density and finite-temperature systems is discussed in light of these results. Theoretical efforts have further been made in the study of the free-free absorption of aluminium as the system evolves from the solid state to warm dense matter. We predict an absorption peak in temperature as the system heats and forms a dense plasma. The physical significance of this effect is discussed in terms of intense light-matter interactions on both femtosecond and picosecond time-scales.

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Debus, Alexander [Verfasser], Roland [Akademischer Betreuer] Sauerbrey i Jan-Michael [Akademischer Betreuer] Rost. "Brilliant radiation sources by laser-plasma accelerators and optical undulators / Alexander Debus. Gutachter: Roland Sauerbrey ; Jan-Michael Rost. Betreuer: Roland Sauerbrey". Dresden : Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden, 2012. http://d-nb.info/1067732470/34.

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Desforges, Frédéric. "Injection induite par ionisation pour l’accélération laser-plasma dans des tubes capillaires diélectriques". Thesis, Paris 11, 2015. http://www.theses.fr/2015PA112118/document.

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L’interaction d’une impulsion laser, courte (~ 10 - 100 fs) et ultra-intense (> 10^18 W/cm²), avec un plasma sous-dense (< 10^19 cm^-3) peut accélérer, de manière compacte, une fraction des électrons du plasma jusqu’à des énergies relativistes (~ 100 - 300MeV). Ce phénomène, nommé accélération plasma par sillage laser (APSL), pourrait avoir de nombreuses applications telles que le futur collisionneur d’électrons a ultra-hautes énergies. Cependant, cela requiert au préalable des développements supplémentaires afin que l’APSL produise des paquets d’électrons stables et reproductibles avec une excellente qualité, c’est-à-dire de faibles émittances longitudinale et transverses.Au cours de cette thèse, une étude expérimentale de la stabilité et de la reproductibilité des paquets d’électrons auto-injectes a été réalisée dans des tubes capillaires diélectriques, de longueur 8-20mm et de rayon interne 76-89 µm, contenant du H2 pur a une densité électronique de (10 +/- 1, 5)x10^18 cm^-3. Des paquets d’électrons auto-injectes ont été produits, a une cadence de deux tirs par minute, avec une charge accélérée au-delà de 40 MeV de (66+/-7) pC, une énergie moyenne de (65+/-6) MeV, une divergence de (9+/-1) mrad et une fluctuation de pointe de 2,3 mrad. Trois sources de fluctuations et de dérives des propriétés des paquets d’électrons ont été discutées : dérive d’énergie laser, modification du gradient montant de densité électronique et fluctuations du pointé laser. Des contraintes sur le régime de fonctionnement ont été proposées afin d’améliorer la stabilité et la reproductibilité de la source laser-plasma d’électrons.Un mécanisme alternatif d’injection d’électrons dans l’onde de plasma a également été examiné : l’injection induite par ionisation. Une étude expérimentale a montré que les paquets d’électrons accélérés dans un mélange de 99%H2 + 1%N2 ont une charge deux fois plus importante qu’en présence de H2 pur. De plus, une injection plus précoce a été observée pour le mélange de 99%H2 + 1%N2, indiquant que les premiers électrons sont captures selon le mécanisme d’injection induite par ionisation. Une étude complémentaire, utilisant des simulations Particle-In-Cell avec le code WARP, confirment les résultats expérimentaux et suggèrent que l’auto-injection est supprimée par l’injection induite par ionisation
The interaction of a short (~ 10 - 100 fs) and ultra-intense (> 10^18 W/cm²) laser pulse with an underdense (< 10^19 cm^-3) plasma can accelerate, in a compact way, a fraction of the electrons of the plasma toward relativistic energies (~ 100 - 300MeV). This mechanism, called laser wakefield acceleration (LWFA), might have various applications such as the future ultra-high energy electron collider. Prior to this, additional investigations are needed to ensure, through LWFA, a stable and reproducible generation of electron bunches of high quality, i.e. low transverse and longitudinal emittances.In this thesis, the stability and the reproducibility of the electron self-injection were experimentally investigated in 8-20mm long, dielectric capillary tubes, with an internal radius of 76-89 µm, and filled with pure H2 at an electronic density of de (10 +/- 1.5)x10^18 cm^-3. Electron bunches were produced, at a rate of two shots per minute, with an accelerated charge above 40 MeV of (66+/-7) pC, a mean energy of (65+/-6) MeV, a divergence of (9+/-1) mrad, and a pointing fluctuation of 2.3 mrad. Three sources were identified for the fluctuations and drifts of the electron bunch properties: laser energy drift, change of the electron number density upramp, and laser pointing fluctuations. Restrictions on the operating regime were proposed in order to improve the stability and the reproducibility of the laser-plasma electron source.An alternative mechanism of electron injection into the plasma wave was also investigated: the ionization-induced injection. An experimental study demonstrated that electron bunches generated in a mixture of 99%H2 + 1%N2 have twice more accelerated charge than in the case of pure H2. Moreover, the earlier onset of electron injection was observed for the mixture 99%H2 + 1%N2, indicating that the first electrons were trapped under the mechanism of ionization-induced injection. Particle-In-Cell simulations performed with the code WARP confirm the experimental results and suggest that the self-injection was inhibited by the ionization-induced injection

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Lobet, Mathieu. "Effets radiatifs et d'électrodynamique quantique dans l'interaction laser-matière ultra-relativiste". Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0361/document.

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Cette thèse a pour objet l'étude de l'interaction laser-matière dans un régime d'éclairement extrême que visent à atteindre plusieurs installations multi-pétawatt en cours de développement (CILEX-Apollon, ELI, IZEST, etc.). Pour un éclairement supérieur à 1022 Wcm-2, la dynamique relativiste des électrons accélérés dans l'onde laser est modiée par un important rayonnement Compton inverse non-linéaire. Au-delà de 1023 Wcm2, les photons ainsi produits peuvent, en interagissant à leur tour avec le champ laser, se désintégrer en paires électron-positron via le mécanisme de Breit-Wheeler non-linéaire. Ces mécanismes d'électrodynamique quantique, dont l'étude expérimentale était jusqu'ici l'apanage des grands accélérateurs de particles, peuvent grandement affecter les mécanismes usuels d'interaction laser-plasma, notamment ceux régissant l'accélération de particules chargées et, par conséquent, le bilan global de l'interaction. Afin de modéliser ce régime inédit d'interaction, qui combine processus collectifs, relativistes et d'électrodynamique quantique, nous avons enrichi des mécanismes précédents le code de simulation particle-in-cell calder développé de longue date au CEA/DIF. L'influence de ces mécanismes est d'abord explorée dans le cas d'une impulsion laser interagissant avec une cible dense de taille micrométrique. Un rendement de conversion de l'énergie laser en photons supérieur à 10% est observée au-dessus de 1023 Wcm-2, tandis que la production d'anti-matière s'emballe, via un mécanisme de cascade, à partir de 1024 Wcm2. Dans un second temps, nous étudions la génération de positrons lors de la collision frontale entre un faisceau d'électrons ultra-relativistes issu d'un accélérateur plasma et une impulsion laser ultra-intense. Dans une dernière partie, nous considérons un scénario prospectif d'intérêt astrophysique, à savoir la collision de plasmas de paires issus de cibles solides irradiées à 1024 Wcm-2 montrant la croissance rapide d'une instabilité de lamentation magnétique combinée à d'intenses effets radiatifs
This PhD thesis is concerned with the regime of extreme-intensity laser-matter interaction that should be accessed on upcoming multi-petawatt facilities (e.g. CILEX-Apollon, ELI, IZEST). At intensities IL > 1022 Wcm-2, the relativistic dynamics of the laser-driven electrons becomes significantly modified by high-energy radiation emission through nonlinear inverse Compton scattering. For IL > 1023 Wcm-2, the emitted-ray photons can, in turn, interact with the laser field and decay into electron-positron pairs via the nonlinear Breit-Wheeler process. These quantum electrodynamic processes, which until recently could only be explored on large-scale particle accelerators, can greatly alter the "standard" mechanisms of laser-plasma interaction, and therefore its overall energy budget. In order to model their intricate interplay with the laser-induced plasma processes, they have been implemented within the particle-in-cell code calder developed at CEA. In a first part, we study these QED processes in the interaction of an ultra-intense laser with a micrometric overdense target. It is found that the laser-to--ray energy conversion efficiency can by far exceed 10% for intensities IL > 1023 Wcm-2, while copious pair production (through pair cascading) kicks in for IL > 1024 Wcm-2. In a second part, we consider positron generation in the collision between a GeV electron bunch issued from a laser-wake eld accelerator and a counterpropagating laser pulse. In a third part, we analyze a prospective scheme of astrophysical interest, consisting in the collision between two dense pair plasmas produced from solid targets irradiated at 1024 Wcm-2 showing a fast-growing magnetic lamentation instability amplified by intense synchrotron emission

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Morrison, John T. "Selective Deuteron Acceleration using Target Normal Sheath Acceleration". The Ohio State University, 2013. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=osu1365523293.

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Carrier-Vallieres, Simon. "Towards reliable, intense and high repetition-rate laser-driven ion beamlines". Thesis, Bordeaux, 2020. http://www.theses.fr/2020BORD0224.

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Les accélérateurs de particules attirent beaucoup d’attention en raison de leur nombreuses applications dans des domaines allant des sciences fondamentales, à la médecine jusqu’aux applications industrielles. Ces travaux de doctorat se situent au premier plan du développement des sources d’ions générées par laser, afin de les rendre plus compétitives face aux accélérateurs conventionnels. Pour ce faire, les sources d’ions obtenues par laser doivent être compactes, efficaces par rapport aux coûts, fiables, intenses et opérées à des taux de répétition élevés. L’effort général de ces travaux de doctorat vise à pousser leur performance sur trois fronts, soit l’alignement précis des cibles, l’amélioration des cibles à l’aide de nanostructures ainsi que le développement de détecteurs de particules efficients. Cette quête d’efficacité accrue a requis des travaux autant numériques, par l’utilisation de Calcul de haute performance, qu’expérimentaux, par le montage d’une ligne d’accélération d’ions de pointe sur les installations de l’Advanced Laser Light Source (ALLS) 100 TW ainsi qu’en effectuant plusieurs campagnes expérimentales à l’étranger.Les travaux visent d’abord à augmenter la fiabilité des faisceaux d’ions par le positionnement précis des cibles solides utilisées en accélération d’ions par laser. Pour ce faire, un interféromètre de positionnement des cibles (Target Positioning Interferometer, TPI), atteignant une précision d’alignement sous-micrométrique, a été développé. Le design novateur du TPI est un interféromètre de Michelson modifié dans lequel nous avons introduit une lentille convergente asphérique dans le bras de la cible, afin de le transformer en un système de positionnement absolu ayant un unique point d’inambiguïté dans l’espace. La fine capacité d’alignement du TPI est atteinte également avec l’aide d’un algorithme numérique d’analyse des franges d’interférences qui maximise l’extraction de signaux à grand rapport signal-sur-bruit, effectuée dans une fenêtre de temps optimisée.La deuxième partie des travaux concerne le rehaussement du mécanisme d’accélération, permettant de générer de plus grandes quantités d’ions à des plus hautes énergies cinétiques, menant à des faisceaux d’ions plus intenses. Les cibles solides typiquement utilisées sont des feuilles métalliques minces, limitant l’efficacité de conversion d’énergie du laser aux ions à quelques pourcents tout au plus. Une façon d’augmenter cette efficacité de conversion est en nanostructurant la surface des cibles afin d’emprisonner l’onde incidente, augmentant ainsi le transfert d’énergie aux ions. Nous avons démontré, de façon théorique et expérimentale, qu’un ajustement optimal des paramètres géométriques des nanostructures, en particulier avec des nanosphères et des nanofils, mène à une augmentation du nombre d’ions et de leur énergies cinétiques de plusieurs fois les valeurs obtenues avec le même pulse laser incident sur une cible plane faite du même matériau.Dans la dernière partie, les travaux sont orientés sur le développement de détecteurs de particules efficients afin d’être implémentés sur les lignes d’accélération d’ions à haut taux de répétition. Une calibration en nombre absolu des nouveaux films radiochromiques EBT-XD a d’abord été effectuée. Il a été observé que les EBT-XD offrent une plus grande plage de mesure de dose ainsi qu’un seuil minimum d’énergie de détection plus élevé que leur homologue EBT3, étant donc mieux adaptés pour les lignes d’ions plus intenses. Nous avons également mesuré une sévère inhibition de la réponse des EBT-XD lorsque le pic de Bragg de la particule mesurée tombe directement dans la couche active des films, causant des erreurs importantes dans l’estimation du nombre de particules. Finalement, nous avons implémenté, sur la ligne d’accélération d’ions d’ALLS 100 TW, un système de détecteurs de particules calibrés en croisés incluant un spectromètre à parabole Thomson (TP) ainsi que deux en temps de vol
Particle accelerators attract a lot of attention in the scientific and non-scientific community as a result of their wide applicability in fields ranging from fundamental sciences, medicine to industrial applications. This doctoral work stands at the forefront of laser-based ion accelerators, and pushes forward their development to make them more competitive ion sources compared to conventional particle accelerators. For achieving higher competitiveness, laser-driven ion sources must be compact, cost-effective, reliable, intense and operated at high repetition-rates, which all together yield ion beam characteristics that cannot be realistically matched by any other kind of ion accelerator. To do so, the general effort of this doctoral work tackled three different aspects of laser-based ion acceleration, namely precise target alignment, improved targetry using nanostructures and the development of efficient particle diagnostics. The endeavor required to perform equivalent amounts of numerical work, through simulations using High Performance Computing, as well as experimental work, by implementing a cutting-edge ion beamline at the Advanced Laser Light Source (ALLS) 100 TW facility and to carry out several experimental campaigns abroad.The first part of the work aims at improving the reliability of ion beams through the precise positioning of solid targets used in laser-driven ion acceleration. For this purpose, a Target Positioning Interferometer (TPI) that reaches subwavelength positioning precision was developed. The TPI’s novel design is a modified Michelson interferometer that incorporates an aspherical converging lens in the target arm to transform it from a relative to an absolute positioning device, having a single unambiguity point in space. The high positioning accuracy is also achieved by a numerical fringe analysis algorithm that maximizes the extraction of signals with high signal-to-noise ratio, in an optimized timeframe. The development of a fast algorithm is crucial to make the TPI a viable solution for its implementation in a laser-based ion accelerator.The second part of the work is focused on enhancing the acceleration mechanism to generate higher ion numbers and kinetic energies, leading to more intense ion bunches. The solid targets used are typically flat metallic targets which allow for less than 10% of laser energy absorption, thereby limiting the laser-to-ion conversion efficiency to a few percent. A way to increase this conversion efficiency is by using target surface nanostructuration to trap the incoming laser pulse, ultimately leading to a greater energy transfer to the ions. We have shown, both theoretically and experimentally, that a careful optimization of a nanostructure’s geometrical parameters, in particular for nanospheres and nanowires, leads to multiple-fold enhancements of ion numbers and kinetic energies, compared to the use of the same laser pulse incident on flat targets of the same material.The final part of the work is dedicated to the development of efficient particle diagnostics suitable for being implemented on high repetition-rate laser-based ion beamlines. We first performed the absolute number calibration of the new EBT-XD type of radiochromic films (RCF). The EBT-XD exhibit larger dose detection range and higher minimum energy threshold compared to their EBT3 counterpart, hence more suitable for intense ion beamlines. A severe response quenching was remarked when the Bragg peak of the measured particle falls directly within the active layer of the RCF, causing significant particle number misestimation errors. Finally, we have developed a Thomson Parabola (TP) and Time-of-Flight cross-calibrated set of particle diagnostics that were incorporated on the ALLS 100 TW ion beamline. The TP spectrometer uses a microchannel plate (MCP) detector that was calibrated from single proton impacts to reconstruct the response function of the MCP detection system

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OLIVEIRA, EDUARDO S. "Ablação seletiva de um filme de nitreto de titânio em substrato de carboneto de tungstênio utilizando laser de pulsos ultracurtos". reponame:Repositório Institucional do IPEN, 2017. http://repositorio.ipen.br:8080/xmlui/handle/123456789/27976.

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Submitted by Marco Antonio Oliveira da Silva (maosilva@ipen.br) on 2017-11-09T11:36:10Z No. of bitstreams: 0
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Revestimentos superficiais são aplicados à muitas ferramentas de usinagem na indústria metalúrgica com o intuito de melhorar a eficiência de corte e aumentar sua vida útil. Neste trabalho foram realizados testes para remoção do recobrimento de nitreto de titânio alumínio (TiAlN) em pastilhas de carboneto de tungstênio (WC-Co), utilizando um feixe laser de pulsos ultracurtos. Após a determinação dos limiares de dano do filme e do substrato foram ablacionados na superfície do recobrimento, traços utilizando duas condições de ablação. Inicialmente operou-se no regime de baixa fluência do filme, e posteriormente no regime de baixa fluência do substrato, muito abaixo do limiar do filme, aplicando-se alta sobreposição de pulsos. Um sistema de espectroscopia de emissão atômica induzida por laser (LIBS) foi montado para monitoramento dos materiais presentes no plasma gerado pelo laser, porém o sistema não apresentou sensibilidade suficiente para leitura da baixa intensidade do plasma proveniente do processo e não foi utilizado. Após a análise dos traços por microscopia eletrônica, perfilometria óptica e espectroscopia por fluorescência de Raios-X, não foi possível determinar um processo seguro para realizar a remoção seletiva do filme em questão, porém, devido aos dados obtidos e observações dos resultados em alguns traços, novas possibilidades foram levantadas, abrindo a discussão para a realização de trabalhos futuros.
Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear)
IPEN/D
Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

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Vauzour, Benjamin. "Étude expérimentale du transport d'électrons rapides dans le cadre de l'allumage rapide pour la fusion inertielle". Thesis, Bordeaux 1, 2012. http://www.theses.fr/2012BOR14496/document.

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Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la recherche sur la fusion nucléaire par confinement inertiel, et vise notamment à contribuer à la validation du schéma d'allumage rapide. Elle consiste en une étude expérimentale des différents processus impliqués dans la propagation d'un faisceau d'électrons relativistes, produit par une impulsion laser ultra-intense (10^{19} W.cm-2), au sein de la matière dense qu'elle soit solide ou comprimée. Dans ce travail de recherche nous présentons les résultats de trois expériences réalisées sur des installations laser distinctes afin de générer des faisceaux d'électrons dans diverses conditions et d'étudier leur propagation dans différents états de la matière, du solide froid au plasma dense et tiède.La première expérience a été réalisée à très haut contraste temporel sur l'installation laser UHI100 du CEA de Saclay. L'étude du dépôt d'énergie par le faisceau d'électrons dans l'aluminium solide a mis en évidence un important chauffage à faible profondeur, où les effets collectifs sont prédominants, générant ainsi un gradient important de température entre les faces avant (300eV) et arrière (20eV) sur 20µm d'épaisseur. Une modélisation numérique de l'expérience montre que ce gradient induit la formation d'une onde de choc débouchant en face arrière, donnant alors lieu à une augmentation de l'émission thermique. La chronométrie expérimentale du débouché du choc permet de valider le modèle de transport collectif des électrons.Deux autres expériences ont porté sur l'étude de la propagation de faisceaux d'électrons rapides au sein de cibles comprimées. Lors de la première expérience sur LULI2000 (LULI), la géométrie de compression plane a permis de dissocier de manière précise les pertes d'énergie liées aux effets résistifs de celles liées aux effets collisionnels. En comparant nos résultats expérimentaux à des simulations, nous avons mis en évidence l'augmentation significative des pertes d'énergie du faisceau d'électrons avec la compression et le chauffage de la cible à des température proches de la température de Fermi, et ce, pour les deux mécanismes. La seconde expérience, réalisée en géométrie cylindrique sur Vulcan (RAL), a permis de mettre en évidence un phénomène de guidage du faisceau d'électrons rapides sous l'effet d'un intense champ magnétique, auto-généré en présence d'importants gradients radiaux de résistivité. Par ailleurs, dans les conditions de température et de densité atteintes, l'augmentation des pertes d'énergie collisionnelles avec la densité s'avère être compensée par une diminution des pertes résistives du fait du passage de la conductivité du milieu dans le régime des hautes températures de Spitzer
The framework of this PhD thesis is the validation of the fast ignition scheme for the nuclear fusion by inertial confinement. It consists in the experimental study of the various processes involved in fast electron beams propagation, produced by intense laser pulses (10^{19} W.cm-2), through dense matter either solid or compressed. In this work we present the results of three experiments carried out on different laser facilities in order to generate fast electron beams in various conditions and study their propagation in different states of matter, from the cold solid to the warm and dense plasma.The first experiment was performed with a high intensity contrast on the UHI100 laser facility (CEA Saclay). The study of fast electron energy deposition inside thin aluminium targets highlights a strong target heating at shallow depths, where the collectivs effects are predominant, thus producing a steep temperature profile between front (300eV) and rear (20eV) sides over 20µm thickness. A numerical simulation of the experiment shows that this temperature gradient induces the formation of a shock wave, breaking through the rear side of the target and thus leading to increase the thermal emission. The experimental chronometry of the shock breakthrough allowed validating the model of the collective transport of electrons.Two other experiments were dedicated to the study of fast electron beam propagation inside compressed targets. In the first experiment on the LULI2000 laser facility, the plane compression geometry allowed to precisely dissociate the energy losses due to resistive effects from those due to the collisional ones. By comparing our experimental results with simulations, we observed a significative increase of the fast electron beam energy losses with the compression and the target heating to temperatures close to the Fermi temperature. The second experiment, performed in a cylindrical geometry, demonstrated a fast electron beam guiding phenomenon due to self-generated magnetic fields in presence of sharp radial resistivity gradients. Furthermore, in the temperature and density conditions achieved here, the increase of collisional energy losses with density is compensated by the decreasing resistive energy losses due to the transition of the conductivity into the high-temperatures Spitzer regime

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Michel, Thibault. "Étude des chocs radiatifs dans le cadre de l'astrophysique de laboratoire". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLX095.

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Le développement des lasers depuis plusieurs décennies permet aujourd’hui de concentrer une quantité macroscopique d’énergie (environ 1 kJ) dans un petit espace (quelques mm3) et sur une courte durée (environ 1 ns). Cela permet d’atteindre le régime des Hautes Densités d’Énergie (HDE), que l’on retrouve au cœur des planètes ou dans les étoiles. Cette thèse s’inscrit dans le cadre de l’Astrophysique de Laboratoire, qui consiste à réaliser en laboratoire des expériences avec des lasers de puissance. Le couplage à des lois d’échelle permet alors de modéliser des phénomènes astrophysiques précis. Les paramètres expérimentaux qui sont mesurés peuvent alors s’étendre, dans une certaine mesure, jusqu’au système astrophysique reproduit.Lors de cette thèse, nous nous sommes concentrés sur un type de phénomène précis : les chocs radiatifs. Ceux-ci sont présents par exemple lors des explosions de supernovae, à proximité des nuages moléculaires, ou dans les disques d’accrétion.Nous étudions d’abord l’aspect expérimental du choc radiatif généré par des lasers de puissance, notamment sur le laser GEKKO à Osaka (Japon). En particulier, nous déterminons les critères que l’on doit considérer pour qualifier un choc de « radiatif », puis nous étudions les contraintes expérimentales qui permettent de le générer, ce qui nécessite un important travail de simulation numérique.Ensuite, nous exposons différents aspects de l’interaction entre un choc radiatif et un obstacle solide, reproduisant l’ablation d’un nuage moléculaire par des étoiles avoisinantes. Nous en présentons les aspects théoriques, numériques et expérimentaux.Un autre effet qui a été constaté expérimentalement, puis expliqué analytiquement et numériquement, est la décélération du choc lorsque celui-ci possède d’importants effets radiatifs. Cela mène à des développements d’instabilités, comme on peut le voir autour de la supernova SN1987A. Le modèle développé donne une explication possible sur l’évolution de points chauds dans les anneaux qui l'entourent.Enfin, dans le but d’étudier expérimentalement ces effets pour un choc encore plus rayonnant, nous présentons dans cette thèse le dimensionnement d’une expérience qui aura lieu sur le Laser MegaJoule (LMJ) dans le courant de l’année 2020.De nombreuses perspectives sont mentionnées à la fin du manuscrit, donnant des pistes d’améliorations expérimentales mais également théoriques concernant la classification des chocs radiatifs
The development of lasers for several decades now allows to concentrate a macroscopic quantity of energy (around ;1 kJ) in a small volume (a few mm3) and over a short duration (around 1 ns). This defines the High Energy Densities (HED) regime, that can be found in planet's core or inside stellar systems. Laboratory Astrophysics is the frame of this thesis, which consists of performing experiments in the laboratory with high-energy lasers. Coupled with scaling laws, experiments results can be used to model dedicated astrophysical phenomena. The experimental parameters that are measured can be extended to the reproduced astrophysical system. During this thesis, we focused on a specific type of phenomenon: radiative shocks. These are present for example during supernova explosions, around molecular clouds, or in accretion disks.We first study the experimental aspect of the radiative shock generated by high energy lasers, especially at the GEKKO laser facility in Osaka (Japan). In particular, we determine the criteria that must be considered to qualify a shock as a "radiative" shock, then we study the experimental constraints that make it possible to generate it, which requires an important work of numerical simulation.Afterwards, we expose different aspects of the interaction between a radiative shock and a solid obstacle, reproducing the ablation of a molecular cloud by massive stars in its neighbouhood. We present theoretical, numerical and experimental aspects.Another effect that has been found experimentally, then explained analytically and numerically, is the deceleration of a shock when radiative effects are significant. This leads to instabilities developments, like in SN1987A supernova circumstellar medium. The model developed gives a possible explanation on the evolution of hotspots observed in the circumstellar medium.Finally, in order to study these effects experimentally for a shock with higher radiative effects, we present in this thesis the design of a Laser MegaJoule (LMJ) experiment that will take place in 2020.Many perspectives are given at the end of the manuscript, giving some experimental development but also theoretical improvements concerning the classification of radiative shocks

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Delahaye, Frédéric. "Fibre microstructurée à cœur plasma pour la génération de radiations ultraviolettes". Thesis, Limoges, 2019. http://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/eb8bad31-ba1b-4347-97cc-ea597d1238fb/blobholder:0/2019LIMO0096.pdf.

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La génération de micro-plasmas microondes par excitation non intrusive au sein de fibres à cristal photonique (HC-PCF), a permis l’émergence d’une nouvelle plateforme émettant dans la gamme ultraviolette. Basé sur la génération d’onde de surface, les colonnes de plasmas observées sont de l’ordre 50 mm confinées à une échelle micrométrique. Ces travaux sont les prémices de nouvelles sources ultraviolettes à base de fibres creuses à cœur de plasma. Un travail d’élargissement du cœur des fibres à couplage inhibé a permis la conception de fibres avec des cœurs supérieurs à 200 μm ce qui est une première aujourd’hui. Le plasma est le seul état de la matière qui permet une émission directe dans l’UV, par un mélange de gaz ternaire d’argon, d’oxygène et d’azote judicieux, l’émission s’étend jusqu’à 200 nm. Ces deux démonstrations sont à l’origine de la réalisation d’une source plasma ultraviolette accordable avec plus de 20 raies allant de 450 nm à 200 nm. Présentant des puissances optiques de sorties de plus de 1 μW à 314 nm et 337 nm. Une dernière étude expérimentale sur l’utilisation du plasma comme milieu amplificateur optique ouvre la voie à la réalisation dans un avenir proche de sources lasers ultraviolettes portables
The generation of microwave micro-plasmas by non-intrusive excitation inside hollow-core photonic crystal fibers (HC-PCF), allowed the emergence of a new platform emitting in the ultraviolet range. Based on the surface wave generation, the observed plasma columns are of 50 mm confined to a micrometric scale. Despite a plasma temperature close to the transforming the microstructured silicat this one is not affected, preserved by a particular plasma dynamics. This work includes a study on the development of inhibited coupling fiber with an expended core (i.e., core diameter> 200 μm) with short wavelength transmission bands. These transmission bands make itpossible to guide the plasma fluorescence in the ultraviolet optimized by ternary gas mixture of argon, oxygen and nitrogen. These two demonstrations are at the origin of the realization of a tunable ultraviolet plasma source with more than 20 lines ranging from 450 nm to 200 nm. With optical outputs of more than 1 μW at 314 nm and 337 nm. A final experimental study on the possibility to use the plasma as an optical amplifier medium opens the way for the realization in the near future of portable ultraviolet laser sources

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Chaulagain, Uddhab Prasad. "Radiative shocks : experiments, modelling and links to astrophysics". Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066734.

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Les chocs radiatifs sont des chocs très violents qui sont caractérisés par des températures très élevées. Dans ce type de structure, une grande partie de l’énergie est convertie en rayonnement. Ces chocs sont présents dans de nombreux plasmas astrophysiques, notamment dans le cadre des jets et de l’accrétion stellaires, des restes de supernova etc. Ils peuvent être désormais générés sur terre en utilisant des lasers de grande puissance ce qui permet leur étude à l’interface entre l’astrophysique et la physique des plasmas.Cette thèse présente et discute les résultats d’une expérience réalisées sur l’installation Prague Asterix Laser System. Le choc est généré en focalisant le laser Infrarouge sur une cible de quelques millimètres de long, remplie de xénon à basse pression. Le choc ainsi généré se propage dans le gaz à une vitesse élevée, permettant d’atteindre le régime des chocs dom- inés par le flux radiatif. Nous avons utilisé différents diagnostics pour caractériser le choc, notamment une radiographie éclair, à l’aide d’un laser (Zinc) à 21.2 nm, capable de pénétrer les parties denses du plasma. Un autre important diagnostique consiste à analyser l’émission propre du plasma à l’aide d’une diode rapide.Les résultats expérimentaux montrent pour la première fois, et sans ambiguïté, une structure de choc complète, comprenant le post-choc et le précurseur. Nous avons aussi réalisé différentes mesures de la vitesse des chocs. Les résultats ont été comparés à ceux de simulations numériques, montrant un bon accord avec ces dernières
Radiative shocks are strong shocks which are characterized by a plasma at high temperatures emitting an important fraction of its energy as radiation. Radiative shocks are found in many astrophysical systems, including stellar accretion shocks, supernovae remnants, jet driven shocks, etc. Recently, radiative shocks have also been produced experimentally using high energy lasers. Thus opening the way to laboratory astrophysics studies of these universal phenomena.In this thesis we discuss the results of an experiment performed on the Prague Asterix Laser System facility. Shocks are generated by focusing the PALS Infrared laser beam on millimetre-scale targets filled with xenon gas at low pressure. The shock that is generated then propagates in the gas with a sufficiently high velocity such that the shock is in a radiative flux dominated regime. We used different diagnostics to characterize these shocks. The two main ones include a radiography of the whole shock structure using sub-nanosecond Zn X-ray laser at 21.2 nm, which is able to penetrate the dense post-shock layer, and a space-and-time resolved plasma self-emission using high speed diodes.The experimental results show, for the first time, an unambiguous shock structure which includes both the post-shock and the precursor, and we also obtained multiple shock velocity measurements from the different diagnostics. The experimental results are compared to simulations, and show good agreement with the numerical results

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Kerr, Fraser Martin. "Line radiation effects in laser-produced and astrophysical plasmas". Thesis, University of Oxford, 2005. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.422662.

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Evans, A. M. "Studies of plasmas produced by high power laser radiation". Thesis, Swansea University, 1988. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.636936.

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This thesis describes some studies of ion emission from a laser-produced plasma. The plasmas were produced by focussing a light pulse of wavelength 1.06 um and duration 35 ps from a multistage high power (GW) Neodymium-in-Glass laser system onto a solid plane target. An ion analyser mounted normal to the target, with its axis pointing directly at the site of the plasma, received a small fraction of the ions emitted from the plasma and provided data regarding their atomic nature and charge state. Preliminary measurements of ion emission using an oil-pumped vacuum chamber revealed that the targets were severely contaminated with an impurity of a hydrocarbon nature. Pre-cleaning of the target with a prior laser pulse was not possible since it was found that the impurity was rapidly re-deposited. The installation of a new turbomolecular pumping system and the meticulous cleaning of the vacuum chamber and plasma diagnostics alleviated these problems and allowed, for the first time, plasmas to be produced and studied that either contained or did not contain ions of a hydrocarbon impurity, depending upon the nature of the target site. The nature of the target site irradiated was either 'Fresh' or 'Cratered'; a fresh target site was an area of the target not previously irradiated with laser light whereas a cratered target site was an area previously irradiated with laser light. It soon became clear that plasmas produced in the new clean vacuum chamber from a 'cratered' target site contained ions of a much higher charge state than seen from a 'fresh' contaminated target site. This observation was further substantiated when the limited resolution of the original ion analyser was greatly increased by the use of an electromultiplier system of much wider bandwidth. The refinements made to the previous state of this project have made possible studies of a number of important features of the plasma, for example, fast ions where their true nature and charge state could be established. As a consequence it should be possible in the future to obtain satisfactory estimates of the electron temperature in the plasma corona.

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Beaucourt-Jacquet, Céline. "Étude expérimentale du guidage du faisceau d’électrons dans le cadre de l’allumage rapide de cibles de fusion". Thesis, Bordeaux 1, 2012. http://www.theses.fr/2012BOR14741/document.

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Les travaux de cette thèse s’inscrivent dans le cadre de l’allumage rapide pour la fusion par confinement inertiel (FCI), pour la production d’énergie. Dans ce schéma les phases de compression et d’allumage sont découplées. Au cours de la seconde phase, le faisceau d’électrons doit parcourir une distance de 300 µm dans le combustible dense avantde déposer son énergie au coeur de la cible et d’initier les réactions de fusion. Le principal défaut de ce schéma réside dans la divergence du faisceau d’électrons au cours de son transport dans la matière dense. Parmi plusieurs schémas proposés pour réduire cette divergence, nous considérons ici, les schémas sans cône basés sur la collimation des électrons dans un champ magnétique. En particulier, A.P.L. Robinson et ses collaborateurs [Phys. Rev. Lett. 100, 025002, 2008] ont proposé une méthode simple à mettre en place pour contrôler la divergence du faisceau d’électrons :utiliser une séquence de deux impulsions laser. La première impulsion permet de créer un environnement magnétique favorable au confinement du faisceau d’électrons engendré par la seconde interaction. La validation de cette proposition est le sujet de cette thèse. Nous présenterons les résultats expérimentaux et les modélisations théoriques motivées par cette proposition. L’expérience du guidage d’un faisceau d’électrons avec deux impulsions laser a été réalisée sur l’installation laser petawatt Vulcan au Rutherford Appleton Laboratory (RAL) à Didcot en Angleterre. Elle est basée sur la proposition d’un groupe international dans le cadre du projet FCI HiPER. Cette expérience nous a permis d’obtenir les conditions de guidage en fonction du rapport des intensités et du délai entre les deux impulsions. Les résultats de l’expérience ont été modélisés par le code hydrodynamique CHIC couplé au module de transport de particules chargées M1. L’interprétation des résultats expérimentaux nous a permis d’expliquer la base de la physique du guidage du faisceau d'électrons et d'en définir les conditions magnétiques favorables
The work presented in this thesis is realised in the framework of the fast ignition of inertial confinement fusion for energy production. In this scheme the compression and the ignition phases are decoupled. During the second phase, the electron beam must cross over 300 µm in the dense fuel to deposit its energy in the dense core and ignite the fusion reactions.The major problem of the scheme is related to the divergence of the electron beam while it crosses the dense matter. Among the different propositions to inhibit the electron divergence we consider here the schemes without cone that are based on the effect of magnetic collimation. In particular, A.P.L. Robinson and his co-authors [Phys. Rev. Lett. 100, 025002, 2008] suggested a simple way to control the electron beam divergence by using a sequence of two laser pulses. The first one creates a magnetic background favourable for the confinement of the second electron beam resulting from the second interaction. The validation of this scheme is the major goal of this thesis.We present the results of experimental sudies and numerical modeling of the electron beam guiding with help of two consequent laser pulses. The experiment was performed on the Vulcan facility at the Rutherford Appleton Laboratory at Didcot in UK, based on the proposal submitted by an international group of scientists in the framework of the European project for inertial fusion energy HiPER. This experiment allowed us to define a combination of laser and target parameters where the electron beam guiding takes place. The analysis of experimental data and numerical modelling is realised with the hydrodynamic code CHIC coupled to the charged particules transport module M1. The interpretation of the experimental results allowed us to explain the experimental data and the physical basis of guiding and to define the magnetic conditionflavourable to the electron beam guidance

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Marcerou, Pascal. "Modélisation numérique bidimensionnelle du transfert radiatif dans un plasma créé par interaction laser-matière". Toulouse 3, 1992. http://www.theses.fr/1992TOU30059.

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Deux codes numeriques ont ete ecrits. Le premier est un code hydrodynamique. Il simule l'interaction d'un laser avec une cible. Il est lagrangien et bidimensionnel par symetrie axiale. Le second code calcule le transfert radiatif dans un plasma bidimensionnel a symetrie axiale. Il peut modeliser, en utilisant un champ de radiations discretise dans l'espace, une equation d'etat collisionnelle-radiative. D'abord, nous avons utilise ces deux codes pour etudier l'influence de l'effet doppler dans l'emission d'une raie x. Puis nous avons montre l'influence sur la cible d'une perturbation laser

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Demir, Arif. "Spectroscopy of X-ray laser media". Thesis, University of Essex, 1997. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.361175.

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Le, Quang Huy Damien. "Spectroscopic measurements of sub-and supersonic plasma flows for the investigation of atmospheric re-entry shock layer radiation". Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2014. http://www.theses.fr/2014CLF22462/document.

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Lors des rentrées atmosphériques, les processus thermochimiques hors équilibre dans la couche de choc limitent la fiabilité des prédictions aérothermiques. Afin d'améliorer l'exactitude de ces prévisions, des modèles cinétiques sont actuellement développés. Ces modèles sont expérimentalement évalués à l'aide d'expériences dans lesquelles un départ à l'équilibre thermodynamique est caractérisé. Pour cette raison, le présent travail est consacré à la caractérisation du déséquilibre thermodynamique au sein d'écoulements réactifs à haute enthalpie. La plupart des études expérimentales dédiées à la validation de modèles cinétiques à haute température emploient des installations communément appelées tubes à choc. Nous évaluons ici la possibilité de générer un départ significatif à l'équilibre thermodynamique dans des écoulements plasma stationnaires, incluant des jets supersoniques dans lesquels le déséquilibre vibrationnel est fortement attendu. Des diagnostics spectroscopiques appropriés ont été appliqués, permettant de futures comparaisons avec des descriptions microscopiques issue de modèles théoriques
During planetary atmospheric entries, thermochemical non-equilibrium processes in the shock layer limit the reliability of aerothermal environment prediction. To improve prediction accuracy, non-equilibrium kinetic models are being developed. These models are experimentally assessed through the comparison with well characterized non-equilibrium experiments. For this purpose, the present work is dedicated to the thermodynamic characterization of non-equilibrium in high enthalpy reactive flows. Conversely to common studies that employ short duration facilities to investigate shock layer kinetics, we will assess the possibility of producing significant departure from equilibrium using radio-frequency and microwave stationary plasma flows, including supersonic plasma flows where vibrational non-equilibrium is strongly expected. Suitable spectroscopic diagnostics have been applied allowing future comparisons to be made between the microscopic description of the experiments and theoretical non-equilibrium models

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D'Etat, Brigitte. "Etude theorique et experimentale des series spectrales emises par un plasma de laser". Paris 6, 1987. http://www.theses.fr/1987PA066363.

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Etude des etats electroniques lies en interaction avec les champs d'un plasma dense et chaud et en particulier des spectres qui en sont issus. L'etude theorique et experimentale montre que la serie de lyman complete des ions hydrogenoides est un excellent candidat pour le diagnostic de la densite electronique et du transfert radiatif des plasmas de laser. L'analyse des spectres emis par un plasma de bore permet une etude fine des limites de serie et celle des spectres du fluor (z::(e) = 9) conduit a une etude de l'effet de densite. La serie hydrogenoide a nombre de charge convenablement choisi est un excellent candidat pour le diagnostsic des plasma de laser de densite

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Lacroix, David. "Etude spectroscopique des plasmas de soudage laser : application au transfert d'énergie". Nancy 1, 1997. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/SCD_T_1997_0210_LACROIX.pdf.

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Le travail présenté dans ce mémoire donne les caractéristiques du plasma créé lors du soudage laser. La première partie de cette étude est expérimentale. Nous utilisons la spectroscopie d'émission pour déterminer la température et la densité électronique des plasmas. Plusieurs essais ont permis d'étudier l'influence des paramètres de soudage sur la température du panache : puissance du laser néodyme, nature du gaz de protection, durée de l'impulsion. Ces mesures ont été réalisées sur de l'acier inoxydable et sur des métaux purs (Fe, Cr, Ni, Mo, Nb). La spectroscopie d'émission est aussi utilisée pour analyser les défauts de soudage et réaliser, en temps réel, le contrôle de la soudure. Des expériences ont mis en évidence la présence de défectuosités géométriques et chimiques (graisses) sur les surfaces soudées. La deuxième partie de ce travail est consacrée aux simulations numériques développées pour décrire l'interaction laser-plasma. Plusieurs modèles sont présentés. Le calcul des fonctions de partition de chaque élément du panache permet de déterminer numériquement les densités des espèces présentes dans le plasma. Avec ces données, nous précisons les propriétés optiques du panache (coefficient d'absorption et indice de réfraction). L'étude en microscopie électronique de dépôts métalliques, prélevés dans le panache, confirme la présence de particules de petites dimensions. Nous calculons la diffusion du rayonnement laser dans le plasma avec la théorie de Mie. Finalement, nous modélisons le transfert radiatif dans le panache en utilisant une méthode aux ordonnées discrètes. Les résultats obtenus mettent en évidence l'importance de la diffusion, par les petites particules, sur les gradients de température du plasma. Ce modèle peut compléter les simulations numériques caractérisant la géométrie du cordon de soudure
The work presented here gives the characteristics of the laser induced-plasma plume created during laser welding. First, in the experimental part of the study, we have used the emission spectroscopy to determinate the electron temperature and the density of the plasma. Several tests have been achieved. We have estimated the influence of welding parameters such as : the laser power, the nature of the shielding gas, the pulse duration. These measurements have been achieved on stainless steel, but also on pure metals (Fe, Cr, Ni, Mo, Nb). The emission spectroscopy is used to analyse the welding defects, in order to achieve real time control of the process. Experiments have shown that geometrical and chemical (grease) defectiveness can be detected. The second part of this work is devoted to the numerical model used to describe the laser-plasma interaction. Several models are presented. The calculation of the partition function of each element of the plasma plume allows the theoretical determination of the densities. Then we can estimate the optical properties of the plume (absorption coefficient and refractive index). Electron microscopy measurements of the plasma plume deposits show the presence of sma1l particles. Consequently, we apply the Mie's theory in arder to study the laser beam scattering in the plume. Finally, we model the radiative transfer in the plasma using a discrete ordinate scheme. The numerical results point out the major effect of the scattering on the temperature field in the plume. This model can be used in complement of those calculating the geometry of the weld seam

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Rozprawy doktorskie na temat „Laser plasma radiation”

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