Dokument: Intense laser-plasma interactions with gaseous targets for energy transfer and particle acceleration

Titel:	Intense laser-plasma interactions with gaseous targets for energy transfer and particle acceleration
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=45218
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20180316-093820-5
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Gangolf, Thomas [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 43,01 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 14.03.2018 / geändert 14.03.2018
Beitragende:	Prof. Dr. Willi, Oswald [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Dr. Müller, Carsten [Gutachter] Prof. Dr. Pukhov, Alexander [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibungen:	Laser-matter interaction is studied mostly with near-infrared (NIR) lasers as they can generate the most intense pulses. For these lasers, targets between solid and gas density (0.05 to 2.5 times the critical density) are challenging to create but offer interesting prospects. In this thesis, novel high-density Hydrogen gas jet targets with densities in this range are used in view of two applications: First, ions are accelerated by collisionless shock acceleration (CSA). Upon interaction of a NIR laser with a slightly overcritical gas jet target, a collimated, quasi-monoenergetic proton beam is generated in forward direction. Simulations indicate the formation of a collisionless shock and acceleration of protons both by the shock and target normal sheath acceleration (TNSA) on the target rear surface under these conditions. These directed, monoenergetic particle bunches are more suitable for many applications than the broadband particle beams already generated routinely. Second, energy is transferred from one laser pulse (pump) to a counterpropagating pulse (seed), via Stimulated Brillouin Backscattering in the strongly-coupled regime (sc-SBS), at densities between 0.05 and 0.2 times the critical density. For the case of broadband (60 nanometers) pulses, the role of the preionization for pulse propagation and both spontaneous and stimulated Brillouin backscattering are studied, including the influence of the chirp. It is shown that for narrower bandwidths, the seed pulse is amplified by tens of millijoules, and signatures of efficient amplification and pump depletion are found. This concept aims at amplifying laser pulses to intensities above the damage thresholds of solid state amplifiers. Laser-Plasma-Wechselwirkung wird typischerweise mit Lasern im nahen Infrarot (NIR) untersucht, die höchste Intensitäten erreichen. Für diese Laser sind Targets mit Dich- ten von 0,05-mal bis 2.5-mal der kritischen Dichte am schwierigsten zu erzeugen, eignen sich aber für interessante Anwendungen. In dieser Dissertation werden neue Hochdruck- Wasserstoff-Gasjets mit Dichten in diesem Bereich eingesetzt, und zwar im Hinblick auf zwei Anwendungen: Erstens werden Ionen durch collisionless shock acceleration (CSA) beschleunigt. Durch Wechselwirkung eines NIR-Lasers mit einem leicht überkritischem Gasjet wird ein kol- limierter quasi-monoenergetischer Protonenstrahl in Vorwärtsrichtung erzeugt. Simula- tionen zeigen, dass sich ein kollisionsloser Schock bildet und Protonen unter diesen Be- dingungen durch den Schock und target normal sheath acceleration (TNSA) an der Tar- getrückseite beschleunigt werden. Diese gerichteten, monoenergetischen Teilchenstrah- len sind für viele Anwendungen besser geeignet als die bereits routinemäßig erzeugten Breitband-Teilchenstrahlen. Zweitens wird, bei Dichten zwischen 0.05-mal und 2-mal der kritischen Dichte, Energie von einem Laserpuls (Pump) auf einen gegenläufigen Puls (Seed) durch Stimulated Brill- ouin Backscattering im strongly-coupled regime (sc-SBS) überführt. Für den Fall von Breitbandpulsen (60 Nanometer) wird die Rolle der Vorionisation für die Pulspropagati- on sowie spontane und stimulierte Brillouin-Rückstreuung untersucht, einschließlich des Einflusses des Chirp. Für schmalere Bandbreite wird gezeigt, dass der Seedpuls um einige zehn Millijoule verstärkt werden kann, und Signaturen von effizienter Verstärkung und Pump-Abschwächung wurden gefunden. Dieses Konzept zielt darauf ab, Laserpulse auf Leistungen oberhalb der Zerstörschwelle festkörperbasierter Verstärker zu verstärken.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik » Laser- und Plasmaphysik
Dokument erstellt am:	16.03.2018
Dateien geändert am:	16.03.2018
Promotionsantrag am:	03.11.2017
Datum der Promotion:	20.12.2017