Previous studies have shown that the use of laser bandwidth may mitigate the growth of stimulated Raman scattering (SRS) in laser plasma interaction experiments, in particular, when the spectrum of the driving (or pump) laser is composed of uniformly distributed frequency components with a well-chosen bandwidth [for example, Luo et al., Phys. Plasmas 29, 032102 (2022); Wen et al., ibid. 28, 042109 (2021); and Follett et al., ibid. 26, 062111 (2019)]. Here, we investigate the effects of frequency chirp in the pump laser on backward SRS in inhomogeneous plasmas, taking into account kinetic effects associated with the nonlinear detuning of the parametric resonance due to high-amplitude electron plasma waves (EPW). Through theoretical considerations and numerical simulations, using a multi-dimensional particle-in-cell (PIC) code, it is shown that positive frequency chirp rates lead to a displacement of the resonance in the plasma profile. For a sufficiently strong positive chirp rate, such that the resonance displacement is faster than the EPW group velocity, the EPWs prove to remain limited in amplitude such that SRS is suppressed. The required frequency chirp rate corresponds to a laser bandwidth of about 1%–2%.

1.
G.
Cristoforetti
,
S.
Hüller
,
P.
Koester
,
L.
Antonelli
,
S.
Atzeni
,
F.
Baffigi
,
D.
Batani
,
C.
Baird
,
N.
Booth
,
M.
Galimberti
 et al,
High Power Laser Sci. Eng.
9
,
e60
(
2021
).
2.
M.
Rosenberg
,
A.
Solodov
,
W.
Seka
,
R.
Follett
,
J.
Myatt
,
A.
Maximov
,
C.
Ren
,
S.
Cao
,
P.
Michel
,
M.
Hohenberger
 et al,
Phys. Plasmas
27
,
042705
(
2020
).
3.
M. N.
Rosenbluth
,
Phys. Rev. Lett.
29
,
565
(
1972
).
4.
T.
Chapman
,
S.
Hüller
,
P. E.
Masson-Laborde
,
W.
Rozmus
, and
D.
Pesme
,
Phys. Plasmas
17
,
122317
(
2010
).
5.
T.
Chapman
,
S.
Hüller
,
P. E.
Masson-Laborde
,
A.
Heron
,
D.
Pesme
, and
W.
Rozmus
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
145003
(
2012
).
6.
S. J.
Spencer
,
A. G.
Seaton
,
T.
Goffrey
, and
T. D.
Arber
,
Phys. Plasmas
27
,
122705
(
2020
).
7.
M.
Luo
,
S.
Hüller
,
M.
Chen
, and
Z.
Sheng
,
Phys. Plasmas
29
,
032102
(
2022
).
8.
J. J.
Thomson
and
J. I.
Karush
,
Phys. Fluids
17
,
1608
(
1974
).
9.
G.
Laval
,
R.
Pellat
,
D.
Pesme
,
A.
Ramani
,
M. N.
Rosenbluth
, and
E. A.
Williams
,
Phys. Fluids
20
,
2049
(
1977
).
10.
W.
Kruer
,
The Physics of Laser Plasma Interactions
(
CRC Press
,
2019
).
11.
D.
Eimerl
and
A. J.
Schmitt
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
58
,
115006
(
2016
).
12.
A.
Fusaro
,
P.
Loiseau
,
D.
Penninckx
,
G.
Riazuelo
, and
R.
Collin
,
Nucl. Fusion
61
,
126049
(
2021
).
13.
R. K.
Follett
,
J. G.
Shaw
,
J. F.
Myatt
,
C.
Dorrer
,
D. H.
Froula
, and
J. P.
Palastro
,
Phys. Plasmas
26
,
062111
(
2019
).
14.
R. K.
Follett
,
J. G.
Shaw
,
J. F.
Myatt
,
H.
Wen
,
D. H.
Froula
, and
J. P.
Palastro
,
Phys. Plasmas
28
,
032103
(
2021
).
15.
Y.
Zhao
,
S.
Weng
,
M.
Chen
,
J.
Zheng
,
H.
Zhuo
,
C.
Ren
,
Z.
Sheng
, and
J.
Zhang
,
Phys. Plasmas
24
,
112102
(
2017
).
16.
S.
Skupsky
,
R. W.
Short
,
T.
Kessler
,
R. S.
Craxton
,
S.
Letzring
, and
J. M.
Soures
,
J. Appl. Phys.
66
,
3456
(
1989
).
17.
J. E.
Rothenberg
,
J. Opt. Soc. Am. B
14
,
1664
(
1997
).
18.
J.
Garnier
,
L.
Videau
,
C.
Gouédard
, and
A.
Migus
,
J. Opt. Soc. Am. A
14
,
1928
(
1997
).
19.
J. E.
Rothenberg
,
J. Appl. Phys.
87
,
3654
(
2000
).
20.
E.
Lefebvre
,
R. L.
Berger
,
A. B.
Langdon
,
B. J.
MacGowan
,
J. E.
Rothenberg
, and
E. A.
Williams
,
Phys. Plasmas
5
,
2701
(
1998
).
21.
S.
Hüller
,
P.
Mounaix
, and
V. T.
Tikhonchuk
,
Phys. Plasmas
5
,
2706
(
1998
).
22.
H. H.
Ma
,
X. F.
Li
,
S. M.
Weng
,
S. H.
Yew
,
S.
Kawata
,
P.
Gibbon
,
Z. M.
Sheng
, and
J.
Zhang
,
Matter Radiat. Extremes
6
,
055902
(
2021
).
23.
H.
Wen
,
R. K.
Follett
,
A. V.
Maximov
,
D. H.
Froula
,
F. S.
Tsung
, and
J. P.
Palastro
,
Phys. Plasmas
28
,
145003
(
2021
).
24.
P. N.
Guzdar
,
C. S.
Liu
, and
R. H.
Lehmberg
,
Phys. Fluids B
3
,
2882
(
1991
).
25.
J.
Garnier
,
Phys. Plasmas
6
,
1601
(
1999
).
26.
D. A.
Russell
,
D. F.
DuBois
, and
H. A.
Rose
,
Phys. Plasmas
6
,
1294
(
1999
).
27.
L.
Yin
,
B. J.
Albright
,
H. A.
Rose
,
K. J.
Bowers
,
B.
Bergen
,
D. S.
Montgomery
,
J. L.
Kline
, and
J. C.
Fernández
,
Phys. Plasmas
16
,
113101
(
2009
).
28.
H. X.
Vu
,
D. F.
DuBois
, and
B.
Bezzerides
,
Phys. Plasmas
9
,
1745
(
2002
).
29.
D.
Strickland
and
G.
Mourou
,
Opt. Commun.
55
,
447
(
1985
).
30.
R.
Nuter
and
V.
Tikhonchuk
,
Phys. Rev. E
87
,
043109
(
2013
).
31.
B.
Ersfeld
and
D. A.
Jaroszynski
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
165002
(
2005
).
32.
G.
Vieux
,
A.
Lyachev
,
X.
Yang
,
B.
Ersfeld
,
J. P.
Farmer
,
E.
Brunetti
,
R. C.
Issac
,
G.
Raj
,
G. H.
Welsh
,
S. M.
Wiggins
, and
D. A.
Jaroszynski
,
New J. Phys.
13
,
063042
(
2011
).
33.
V. M.
Malkin
,
G.
Shvets
, and
N. J.
Fisch
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
1208
(
2000
).
34.
F.
Amiranoff
,
C.
Riconda
,
M.
Chiaramello
,
L.
Lancia
,
J. R.
Marquès
, and
S.
Weber
,
Phys. Plasmas
25
,
013114
(
2018
).
35.
M.
Chiaramello
,
F.
Amiranoff
,
C.
Riconda
, and
S.
Weber
,
Phys. Rev. Lett.
117
,
235003
(
2016
).
36.
S.
Hüller
,
P.
Mulser
, and
A. M.
Rubenchik
,
Phys. Fluids B
3
,
3339
(
1991
).
37.
L.
Friedland
and
A.
Shagalov
,
Phys. Rev. E
89
,
053103
(
2014
).
38.
L.
Friedland
,
G.
Marcus
,
J.
Wurtele
, and
P.
Michel
,
Phys. Plasmas
26
,
092109
(
2019
).
39.
P.
Khain
and
L.
Friedland
,
Phys. Plasmas
14
,
082110
(
2007
).
40.
P.
Khain
and
L.
Friedland
,
Phys. Plasmas
17
,
102308
(
2010
).
41.
J.
Faure
,
J.-R.
Marquès
,
V.
Malka
,
F.
Amiranoff
,
Z.
Najmudin
,
B.
Walton
,
J.-P.
Rousseau
,
S.
Ranc
,
A.
Solodov
, and
P.
Mora
,
Phys. Rev. E
63
,
065401
(
2001
).
42.
T.-W.
Yau
,
C.-J.
Hsu
,
H.-H.
Chu
,
Y.-H.
Chen
,
C.-H.
Lee
,
J.
Wang
, and
S.-Y.
Chen
,
Phys. Plasmas
9
,
391
(
2002
).
43.
C. B.
Schroeder
,
E.
Esarey
,
B. A.
Shadwick
, and
W. P.
Leemans
,
Phys. Plasmas
10
,
285
(
2003
).
44.
S.
Baton
,
A.
Colaïtis
,
C.
Rousseaux
,
G.
Boutoux
,
S.
Brygoo
,
L.
Jacquet
,
M.
Koenig
,
D.
Batani
,
A.
Casner
,
E. L.
Bel
,
D.
Raffestin
,
A.
Tentori
,
V.
Tikhonchuk
,
J.
Trela
,
C.
Reverdin
,
L.
Le-Deroff
,
W.
Theobald
,
G.
Cristoforetti
,
L.
Gizzi
,
P.
Koester
,
L.
Labate
, and
K.
Shigemori
,
High Energy Density Phys.
36
,
100796
(
2020
).
45.
D. S.
Montgomery
,
J. A.
Cobble
,
J. C.
Fernández
,
R. J.
Focia
,
R. P.
Johnson
,
N.
Renard-LeGalloudec
,
H. A.
Rose
, and
D. A.
Russell
,
Phys. Plasmas
9
,
2311
(
2002
).
46.
D. W.
Forslund
,
J. M.
Kindel
, and
E. L.
Lindman
,
Phys. Fluids
18
,
1002
(
1975
).
47.
J. L.
Kline
,
D. S.
Montgomery
,
L.
Yin
,
D. F.
DuBois
,
B. J.
Albright
,
B.
Bezzerides
,
J. A.
Cobble
,
E. S.
Dodd
,
D. F.
DuBois
,
J. C.
Fernández
,
R. P.
Johnson
,
J. M.
Kindel
,
H. A.
Rose
,
H. X.
Vu
, and
W.
Daughton
,
Phys. Plasmas
13
,
055906
(
2006
).
48.
To the second harmonic, it gives ζ=15vth2c2ωL3/(4vϕ4ωpe2), where vϕ=ωL/kL is the phase velocity of EPW.
49.
T. P.
Coffey
,
Phys. Fluids
14
,
1402
(
1971
).
50.
R. L.
Dewar
and
J.
Lindl
,
Phys. Fluids
15
,
820
(
1972
).
51.
B. J.
Winjum
,
J.
Fahlen
, and
W. B.
Mori
,
Phys. Plasmas
14
,
102104
(
2007
).
52.
G. J.
Morales
and
T. M.
O'Neil
,
Phys. Rev. Lett.
28
,
417
(
1972
).
53.
B. J.
Winjum
,
A.
Tableman
,
F. S.
Tsung
, and
W. B.
Mori
,
Phys. Plasmas
26
,
112701
(
2019
).
54.
O.
Yaakobi
,
L.
Friedland
,
R. R.
Lindberg
,
A. E.
Charman
,
G.
Penn
, and
J. S.
Wurtele
,
Phys. Plasmas
15
,
032105
(
2008
).
55.
T.
Chapman
, “
Autoresonance in stimulated Raman scattering
,” Doctoral thesis (
Ecole Polytechnique
,
Palaiseau
,
France
,
2011
).
56.
J.
Fajans
,
E.
Gilson
, and
L.
Friedland
,
Phys. Plasmas
6
,
4497
(
1999
).
57.
J.
Fajans
,
E.
Gilson
, and
L.
Friedland
,
Phys. Plasmas
8
,
423
(
2001
).
58.
T. D.
Arber
,
K.
Bennett
,
C. S.
Brady
,
A.
Lawrence-Douglas
,
M. G.
Ramsay
,
N. J.
Sircombe
,
P.
Gillies
,
R. G.
Evans
,
H.
Schmitz
,
A. R.
Bell
, and
C. P.
Ridgers
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
57
,
113001
(
2015
).
59.
P.
Michel
,
L.
Divol
,
D.
Turnbull
, and
J. D.
Moody
,
Phys. Rev. Lett.
113
,
205001
(
2014
).
60.
P.
Michel
,
E.
Kur
,
M.
Lazarow
,
T.
Chapman
,
L.
Divol
, and
J. S.
Wurtele
,
Phys. Rev. X
10
,
021039
(
2020
).
61.
L.
Yin
,
B. J.
Albright
,
H. A.
Rose
,
K. J.
Bowers
,
B.
Bergen
,
R. K.
Kirkwood
,
D. E.
Hinkel
,
A. B.
Langdon
,
P.
Michel
,
D. S.
Montgomery
, and
J. L.
Kline
,
Phys. Plasmas
19
,
056304
(
2012
).
62.
L.
Yin
,
B. J.
Albright
,
H. A.
Rose
,
D. S.
Montgomery
,
J. L.
Kline
,
R. K.
Kirkwood
,
P.
Michel
,
K. J.
Bowers
, and
B.
Bergen
,
Phys. Plasmas
20
,
012702
(
2013
).
63.
G.
Tran
,
P.
Loiseau
,
A.
Fusaro
,
A.
Héron
,
S.
Hüller
,
L.
Maëder
,
P.-E.
Masson-Laborde
,
D.
Penninckx
, and
G.
Riazuelo
,
Phys. Plasmas
27
,
122707
(
2020
).
64.
C.
Rousseaux
,
K.
Glize
,
S. D.
Baton
,
L.
Lancia
,
D.
Bénisti
, and
L.
Gremillet
,
Phys. Rev. Lett.
117
,
015002
(
2016
).
65.
K.
Glize
,
C.
Rousseaux
,
D.
Bénisti
,
V.
Dervieux
,
L.
Gremillet
,
S. D.
Baton
, and
L.
Lancia
,
Phys. Plasmas
24
,
032708
(
2017
).
66.
The technique based on the use of Nitrogen gas may however have other limitations, namely on the beam quality in the near field. D. Penninckx, personal communication (
2022
).
67.
D.
Eimerl
,
D.
Milam
, and
J.
Yu
,
Phys. Rev. Lett.
70
,
2738
(
1993
).
68.
J. W.
Bates
,
J. F.
Myatt
,
J. G.
Shaw
,
R. K.
Follett
,
J. L.
Weaver
,
R. H.
Lehmberg
, and
S. P.
Obenschain
,
Phys. Rev. E
97
,
061202
(
2018
).
69.
D. C.
Wilson
,
M. L.
Spaeth
,
L.
Yin
,
J. P.
Sauppe
,
L. B.
Hopkins
,
E. N.
Loomis
,
R. F.
Sacks
,
B. J.
Albright
,
D.
Strozzi
,
D.
Munro
,
C.
Widmayer
,
B.
Raymond
,
K.
Manes
, and
J. L.
Kline
,
Phys. Plasmas
28
,
052704
(
2021
).
70.
For example, for L=100Fλ0, with F/8, assuming M5, the time Lbeam/c would be of the order of 10ps×(λ0/μm).
You do not currently have access to this content.