Dokument: Ultrashort laser pulse interaction with overdense plasmas

Titel:	Ultrashort laser pulse interaction with overdense plasmas
Weiterer Titel:	Ultrashort laser pulse interaction with overdense plasmas
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=10324
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20090203-151255-5
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Cerchez, Mirela [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 2,87 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 03.02.2009 / geändert 03.02.2009
Beitragende:	Prof. Dr. Willi, Oswald [Gutachter] Prof. Dr. Pukhov, Alexander [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibungen:	Durch jüngste Entwicklungen intensiver, ultrakurzer Laserpulse kann nun schnell erhitzte Materie unter extremen Bedingungen erzeugt und untersucht werden. Die zugrunde liegenden Interaktionsprozesse sind durch besondere Eigenschaften charakterisiert, da die Laserenergie auf einer Femtosekunden-Zeitskala absorbiert wird, bevor signifikant hydrodynamische Expansion des Plasmas auftreten kann. Demzufolge wird die Laserenergie auf Materie mit nahezu Festkörperdichte transferiert. In dieser Arbeit konzentrieren sich die experimentellen Studien auf die Erforschung der physikalischen Eigenschaften überdichter Plasmen, welche durch einen steilen Dichtegradienten charakterisiert sind. Hochkontrastige Laserpulse mit wenigen optischen Zyklen wurden auf Festkörpertargets fokussiert, was durchschnittliche Intensitäten von ca. 5x10^16 W/cm^2 erzielte. Die zugrunde liegenden Prozesse des Transfers der Laserenergie wurden über Laser-Absorptionsmessungen und XUV-Plasmaspektroskopie studiert. Ausführliche experimentelle Untersuchungen der Laser-Energieabsorption von Festkörpertargets sind durchgeführt worden. Verschieden physikalische Parameter einschließlich der Laserintensität und Polarisation, dem Einfallswinkel und der Beschaffenheit des Targets (leitend bzw. dielektrisch) wurden untersucht. Die experimentellen Ergebnisse belegen, dass die Energie dieser ultrakurzen Laserpulse effizient bis zu 77 % von einem Plasma absorbiert werden kann, welches ein sehr steiles Profil aufweist. Der Grad der Absorption von p-polarisierten Laserpulsen übersteigt den der Absorption bei s-Polarisation dabei signifikant. Die Ergebnisse wurden mit Particle-in-Cell Simulationen verglichen, welche in einer 2-D-Geometrie durchgeführt wurden. Die Ergebnisse der Simulationen zeigen auf, dass das Überwiegen der Absorption bei p-Polarisation gegenüber der bei s-Polarisation, wie sie in den Experimenten beobachtet wurde, von kollisionsfreier Natur ist. Eine gute Übereinstimmung mit den Experimenten wurde für steile Plasmaprofile mit einer Dichte-Skalenlänge von ca. 1% der Laserwellenlänge gefunden. Spektroskopische Untersuchungen von Plasmen, die unter Einfall ultrakurzer Laserpulse auf reine und beschichtete Nieder-Z-Targets generiert wurden, sind durchgeführt worden. Ein hochauflösendes Spektrometer wurde im Rahmen dieser Arbeit gebaut, um zeitintegrierte K-Schalen-Emission detektieren zu können. Für die untersuchten Materialien (LiF, BN) wurden spezifische Effekte von Plasmen hoher Dichte, wie die Liniengrenze wasserstoffartiger Ionen und Satelliten in den Spektren identifiziert. Das Fehlen von höheren Linien der Serie wurde durch Druckionisation erklärt. Hydrodynamische Simulationen in Kombination mit atomaren Berechnungen reproduzierten die zeitintegrierten Spektren und zeigen auf, dass die Plasmaemission überwiegend von hohen Dichten nahe der Festkörperdichte herrührt, was in Übereinstimmung mit den Absorptionsmessungen steht. With the recent developments of intense, ultrashort laser pulses rapidly heated matter under extreme conditions can now be produced and investigated. These interaction processes are characterized by unique properties as the laser energy is absorbed on a femtosecond time scale before significant hydrodynamic expansion of the plasma can occur. Hence the laser energy is transferred to matter at densities close to solid. In this thesis, experimental studies concentrated on investigations of the physical properties of overdense plasmas characterized by steep density gradients. High-contrast, few-cycle laser pulses were focused onto solid target up to an average intensity of about 5x10^16 W/cm^2. The fundamental process of the laser energy transfer was studied using laser absorption measurements and XUV plasma spectroscopy. The experimental investigations of the laser energy absorption by solid targets represented an extensive study. Different physical parameters including laser intensity and polarization, incidence angle and target type (conductor or dielectric) were studied. The experimental results proved that the energy of these ultra-short laser pulses can be efficiently absorbed up to about 77% by a plasma characterized by a very steep profile. The level of absorption of the p-polarized laser pulses significantly exceeds the s-polarization absorption. The experimental results were compared with Particle-in-Cell simulations performed in 2-D geometry. The simulation results indicate that the preponderance of the p- polarization absorption on s-polarization found in our experiments is of collisionless nature. A good agreement with the experiment was found for steep plasma profiles with a density scale length of about 1% of the laser wavelength. Spectroscopic investigations of plasmas generated by ultrashort laser pulses on low Z massive and coated targets were performed. A high resolution spectrometer was built during this work in order to record the time-integrated K-shell emission. For the investigated materials (LiF, BN) specific effects of high density plasmas like series limit of the H-like ions and satellites lines were identified in the spectra. The lack of the higher series lines was explained by pressure ionization. Hydrodynamic simulations combined with atomic calculations reproduced the time integrated spectra and indicate that the plasma emission preponderantly originated from high densities close to solid in agreement with the absorption measurements.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik » Laser- und Plasmaphysik
Dokument erstellt am:	03.02.2009
Dateien geändert am:	03.02.2009
Promotionsantrag am:	18.12.2008
Datum der Promotion:	30.01.2009