Dokument: Simultane Untersuchung von ultrakurzen Laserpulsen und laserbeschleunigten Elektronen

Titel:	Simultane Untersuchung von ultrakurzen Laserpulsen und laserbeschleunigten Elektronen
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=16820
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20101130-110324-2
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Pipahl, Charlotte Ariane [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 15,97 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 30.11.2010 / geändert 30.11.2010
Beitragende:	Prof. Dr. Willi, Oswald [Gutachter] Prof. Dr. Pukhov, Alexander [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibungen:	Mit ultrakurzen (einige 10 fs) hochintensiven (I ~ 10^19 W/cm^2) Laserpulsen können in unterdichten Plasmen (n_e < n_c) Elektronen auf hohe Energien beschleunigt werden. Besonders das im Jahre 2002 basierend auf numerischen Simulationen vorhergesagte bubble-Regime der Beschleunigung ist in diesem Kontext von großem Interesse, da es die Erzeugung von Elektronenstrahlen mit einer quasi-monoenergetischen Energiedistribution ermöglicht. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Experimente absolviert, die eine simultane Detektion des Laserpulses nach der Propagation durch das Target und der im Plasma beschleunigten Elektronen ermöglichten, um den Zusammenhang zwischen der Elektronenbeschleunigung und dem Einfluss der Laser-Plasma-Interaktion auf den Laserpuls selbst zu erforschen. Dazu wurde eine selbstreferenzierende Variante der spektralen Interferometrie angewandt und ein optisches Spektrometer verwendet, um den Laserpuls nach der Interaktion zu charakterisieren, während die laserbeschleunigten Elektronen mit einem Magnetspektrometer untersucht wurden. Es konnte experimentell beobachtet werden, dass der Laserpuls eine ausgeprägte Modifikation erfuhr, wenn das bubble-Regime unter geeigneter Wahl der Interaktionsparameter erreicht und simultan ein quasi-monoenergetischer Elektronenstrahl detektiert wurde. Das Spektrum des Pulses wurde deutlich verbreitert und erfuhr Rotverschiebung, was auf eine Variation des Plamabrechungsindexes infolge des Vorhandenseins einer lasergetriebenen Plasmawelle und die relativistische Massenzunahme der im Laserfeld oszillierenden Elektronen zurückzuführen ist. Die experimentellen Beobachtungen sind in exzellenter Übereinstimmung mit den Ergebnissen von 3-D Particle-In-Cell (PIC) Simulationen. Veränderte man die Parameter derart, dass keine Beschleunigung von Elektronen im Target erfolgte, war der Einfluss der Interaktion auf den Laserpuls selbst von geringer Ausprägung, obwohl der Puls wie zuvor durch das gesamte Target propagierte. Eine Erhöhung der im unterdichten Target vorherrschenden Elektronendichte hat zu einer spektralen Modulation des Pulses regelmäßiger Natur geführt, die auf ein- und zweidimensionale Selbstmodulationseffekte des Pulses im Plasma zurückzuführen ist. In den Energiespektren der Elektronen wurden für die höheren Dichtewerte Multi-Peaks beobachtet. Auch die relative spektrale Phase des Pulses ist durch die Laser-Plasma-Wechselwirkung signifikant modifiziert worden. Über den Effekt der Selbstphasenmodulation im Plasma wurde ein positiver chirp verursacht, was mittels SPIDER-Verfahren experimentell beobachtet werden konnte. With ultra-short (a few 10 fs) high-intensity (I ~ 10^19 W/cm^2) laser pulses electrons can be accelerated to high energies in underdense (n_e < n_c) plasmas. In particular, the bubble regime of electron acceleration that has been predicted in 2002 based on numerical simulations is of great interest in this context since it allows the generation of electron bunches with a quasi-monoenergetic energy distribution. In the framework of this thesis the laser pulse after propagation through an underdense target and the electrons that have been accelerated within the plasma have been simultaneously detected. Due to this the correlation between the electron acceleration and the influence of the interaction onto the laser pulse itself could be investigated. A self-referencing variant of spectral interferometry together with an optical spectrometer have been used to characterize the laser pulse while the laser accelerated electrons have been analysed with a magnetic spectrometer. It has been experimentally observed that the laser pulse is significantly modified when the bubble regime is reached depending on the required parameters and a quasi-monoenergetic electron bunch has been detected simultaneously. The spectrum of the laser pulse has been strongly broadened and redshifted. This results from the variation of the refractive index of the plasma due to the presence of a high amplitude laser driven plasma wave and the relativistic mass increase of the electrons oscillating in the electric field of the laser pulse. The experimental observations are in excellent agreement with 3-D particle-in-cell (PIC) simulations. A change of the experimental parameters causing suppression of electron acceleration within the plasma was accompanied by a strong reduction of the influence of the interaction onto the laser pulse itself. An increase of the electron density caused a periodic spectral modulation of the laser spectrum due to 1- and 2-D self-modulation effects within the plasma. The electron spectra exhibited multi-peaks in this density region. The relative spectral phase of the laser pulse has also been significantly modified by the laser plasma interaction. Via self-phase-modulation effects within the plasma a positive chirp has been introduced to the pulse which has been experimentally observed applying the SPIDER-technique.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik » Laser- und Plasmaphysik
Dokument erstellt am:	30.11.2010
Dateien geändert am:	30.11.2010
Promotionsantrag am:	26.08.2010
Datum der Promotion:	13.10.2010