ABSORPTION OF CO₂ LASER LIGHT BY A DENSE, HIGH TEMPERATURE PLASMA

Résumé
L'interaction entre le faisceau pulsé d'un laser au CO₂ et le plasma produit par un dispositif plasma focus est examinée des points de vue théorique et expérimental. Le faisceau du laser CO₂, qui est dirigé perpendiculairement à l'axe, suivant le gradient de densité, ne perturbe que faiblement le plasma car la densité de rayonnement de 30 J cm^-3 (compte tenu du facteur d'amplification de Airy) est néanmoins plus faible que l'énergie thermique du plasma (>≈ 1 kJ cm^-3). Au contraire, le rayon du laser est fortement affecté par le plasma. Durant la phase de compression en pinch quand la fréquence du plasma ω_pe > ω_CO2, l'absorption du faisceau est beaucoup plus importante que celle prévue en utilisant la résistivité classique. Les fluctuations de densité à la fréquence de Langmuir sont mesurées directement par diffusion frontale à l'aide du faisceau sonde d'un laser à rubis. Etant donné que les nombres d'ondes correspondent à (Kλ_D) ~ 0,1 les ondes de Langmuir devraient apparaître dans le sepctre diffusé comme des raies électroniques, décalées de 427 Å par rapport à la longueur d'onde du laser à rubis. A faible intensité de pompage du laser au CO₂, l'intensité des ondes électroniques est proche du niveau thermique. Si on augmente l'intensité de pompage au-delà d'un seuil de 3 x 10⁹ W/cm^-2, on observe une forte augmentation du rayonnement diffusé, qui peut dépasser d'un facteur 30 le niveau thermique. L'étude WKB de l'instabilitité de dégénérescence électron-ion est en assez bon accord avec les mesures. Cette étude tient compte de la croissance linéaire des ondes à température électronique et ionique égales, et des phonomènes de convection dans un plasma inhomogène.

Abstract
The interaction between a pulsed, CO₂ laser beam and the plasma produced in a plasma focus device is investigated theoretically and experimentally. The CO₂ laser radiation, directed orthogonal to the pinch axis and along the density gradient only weakly perturbs the focus since the radiation density of 30 J cm^-3 (allowing for the Airy enhancement factor near the critical layer), is still less than the plasma thermal energy >≈ 1 kJ cm^-3. On the contrary, the CO₂ laser beam is grossly affected by the plasma and absorption during the compressed pinch phase when the plasma frequency ω_pe >≈ ω_CO2 is much more complete than can be predicted by classical resistivity. Density fluctuations at the Langmuir frequency are measured directly by forward scattering from a probe, ruby laser beam. Since the wave numbers correspond to (Kλ_D) ~ 0.1 the Langmuir waves should appear as electron 'lines' in the scattered spectrum shifted by 427Å from the ruby laser wavelength. At low CO₂ laser pump intensity the electron wave intensity is close to the thermal level. As the pump is increased beyond a threshold of ~ 3 x 10⁹ W/cm^-2 (in vacuo) enhanced scattering is observed, reaching a factor of 30 above thermal. A WKB treatment of the electron-ion decay instability which takes into account the linear growth of waves at equal electron and ion temperatures and their convection in an inhomogeneous plasma is reasonably consistent with the observations.