Dokument: Electron Acceleration in Ultraintense Laser Pulse Interaction with Solid Targets

Titel:	Electron Acceleration in Ultraintense Laser Pulse Interaction with Solid Targets
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=42201
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20170426-135324-2
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Zhu, Xiaoming [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 7,63 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 26.04.2017 / geändert 26.04.2017
Beitragende:	Prof. Dr. Willi, Oswald [Gutachter] Prof. Dr. Pukhov, Alexander [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibungen:	Zusammenfassung Die Interaktion von ultrakurzen, hochintensiven Laserpulsen mit einem Festkörper-Target ist ein aktives Thema intensiver theoretischer und experimenteller Studien. Diese sind in der Lage Partikelstrahlen hoher Qualität zu erzeugen. Dichte, kollimierte, schnelle Elektronen sind für eine Vielzahl von Anwendungen von Bedeutung, zum Beispiel bei der Trägheitsfusion, ultrakurzen Röntgenquellen und der Ionenbeschleunigung. Die schnelle Zündung bei der Trägheitsfusion ist ein vielversprechendes Schema, bei dem die Fusionsreaktionen durch relativistische Elektronen, die durch einen superintensiven Laserpuls beschleunigt werden, ausgelöst werden. Eine Modulation in der Target Oberflächenstruktur ist ein effizientes Verfahren um sowohl die Erzeugung als auch die Kollimation der schnellen Oberflächenelektronen zu verbessern. In dieser Arbeit wurde die Elektronenbeschleunigung von Gittern mit unterschiedlichen Rillenabständen (Doppel-, Nah- und Sub-Wellenlänge) mit der von flachen Spiegel-Targets verglichen. Dazu wurden die unterschiedlichen Targets mit hochintensiven (I ≈ 2 × 1020W/cm2), ultrakurzen (τ ≈ 28 fs) (Prepuls-to-Puls ≈ 10−11) Laserpulsen beschossen. Es konnte ein Anstieg des Elektronenflusses entlang der Oberfläche des Nah-Wellenlängengitters um den Faktor 3,5 im Vergleich zu den flachen Spiegel-Targets beobachtet werden. Ein signifikanter Unterschied der Elektronentemperatur konnte jedoch nicht festgestellt werden. Unter einem Einfallswinkel des Lasers von 45° tritt, bei den Sub-Wellenlängengittern, ebenfalls ein hochenergetischer Elektronenfluss in Richtung des reflektieren Strahls auf. Die Winkelverteilung und die Energiespektren von schnellen Elektronen, die durch Beschuss dünner Folien erzeugt wurden, wurden sowohl unter schrägem Lasereinfall als auch unter Einfall normal zur Target Oberfläche untersucht. Die Effizienz der schnellen Elektronenerzeugung hing stark von der Target Dicke und dem Lasereinfallswinkel ab. Die effektive Elektronentemperatur sinkt mit der Target-Dicke. Dies ist unabhängig vom Laser Kontrast. Die Laserenergieabsorption wurde unter Verwendung einer Ulbricht-Kugel gemessen, in die die Targets eingeschlossen waren. Die Ergebnisse stimmen mit den Untersuchungen zur Elektronenbeschleunigung überein. Der optimale Einfallswinkel für die Energieabsorption durch Gittertargets beträgt 45◦, anders als bei den flachen Targets, deren absorbierte Energie mit dem Lasereinfallswinkel ansteigt. Die experimentellen Ergebnisse wurden mit 2D-Simulationen unter Verwendung des EPOCH Particle-in-Cell-Codes verglichen. Ein analytisches Modell wurde entwickelt, um die Resonanzwinkelverschiebung und die nichtlinearen Effekte vom sogenannten Pre-Plasma im SPW-Anregungsmechanismus zu interpretieren. The interaction of ultra-shot, high-intensity laser pulses with solid targets is an active topic of intensive theoretical and experimental studies in recent decades. Dense and collimated fast electron beams generated by laser-solid interactions are desired for a variety of applications including the fast-ignitior approach in inertial confinement fusion, ultra-short x-ray sources and ion acceleration. Modulations of target surface are an efficient method to improve the acceleration and collimation of the surface fast electrons. In this dissertation, the electron acceleration of grating targets with different groove spacings (double-, close- and sub-wavelength) irradiated by superintense (2 X10^20W/cm2), ultrashort (~28 fs), high contrast (prepulse-to-pulse 10^-11) laser pulses were investigated and compared with those of the flat mirror targets. An enhancement by a factor of 3.5 of the fast electron flux emitted along the grating surface direction with a modulation wavelength in the order of the laser wavelength was observed compared to the flat mirror target. The experimental results of double-wavelength gratings demonstrate the excitation of the surface plasma waves (SPWs) in the relativistic regime. The angular distribution and energy spectra of fast electrons generated by thin foil targets were also investigated at normal and oblique incidence. The efficiency of the fast electron acceleration is strongly dependent on the target thickness and the laser incidence angle. The effective electron temperature decreases with the thickness of the targets for both cases, high and low contrast laser pulse. The efficiency of the laser energy absorption by various types of targets was investigated and different kinds of target modulation were considered. The results are in agreement with the electron acceleration investigations. The optimal angle of incidence for energy absorption by grating targets is 45 deg, different from the flat targets of which the absorbed energy increases with the laser incidence angle. The experimental results were compared with 2D simulations using EPOCH Particle-in-Cell code. Excellent agreement with the experimental data was found for the electron acceleration and absorption processes. An analytical model was developed to interpret the resonant angle shifting and non-linear effects of preplasma in SPWs excitation mechanism.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik » Laser- und Plasmaphysik
Dokument erstellt am:	26.04.2017
Dateien geändert am:	26.04.2017
Promotionsantrag am:	06.03.2017
Datum der Promotion:	25.04.2017