Dokument: Laser pump-probe experimental studies in the relativistic regime
| Titel: | Laser pump-probe experimental studies in the relativistic regime | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=55327 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20210202-135935-2 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Aktan, Esin [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Willi, Oswald [Gutachter] Prof. Dr. Pukhov, Alexander [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik | |||||||
| Beschreibungen: | Die Wechselwirkung zwischen hochintensiven (~10^20 W/cm2), ultrakurzen Laserpulsen
(~30 fs) mit Festkörper-Targets zeichnet sich durch einzigartige Eigenschaften aus. In dieser Arbeit werden unterschiedliche experimentelle Studien durchgeführt, die verschiedene Bereiche der Physik untersuchen, die sich aus der Bestrahlung von (ultra-)dünnen Targets mit Hochleistungslasern ergeben. Mit Hilfe der double-CPA-Architektur der Arcturus-Laseranlage an der Heinrich-Heine- Universität Düsseldorf, werden unterschiedliche experimentelle Konfigurationen und damit unterschiedliche physikalische Prozesse adressiert. Im ersten Teil wird die Plasmadynamik aus Doppelstrahlexperimenten mit Hilfe verschiedener Diagnostiken untersucht. Ein auffälliges Merkmal bei der experimentellen Untersuchung der Absorption von Laserenergie durch ultradünne diamantähnliche Kohlenstofffolien (DLC) konnte beobachtet werden. Verschiedene physikalische Parameter, einschließlich der Laserenergie und der Targetdicke, werden untersucht. Darüber hinaus wird die Ionenbeschleunigung von einem bereits explodierten, dünnen Folientarget in einer Doppelstrahlkonfiguration untersucht. Darüber hinaus wurden unter Verwendung der Protonenradiographietechnik die Parameter untersucht, die den elektromagnetischen Puls beeinflussen, der bei der Laser-Target-Wechselwirkung erzeugt wird. Die parametrische Studie zeigte die starke Abhängigkeit des elektromagnetischen Pulses von der einfallenden Laserenergie und Pulsdauer. Ein semi-analytisches Modell bestätigte die experimentellen Ergebnisse und eine optimale Pulsdauer nahe bei 100 fs wurde bestimmt. Motiviert durch die Übereinstimmung der Experimente und dem analytischen Modell werden Simulationen für einen größeren Bereich von Laserenergien demonstriert, um die optimale Pulsdauer beispielsweise für zukünftige Einrichtungen abzuschätzen. Die Eigenschaften laserbeschleunigter Protonenstrahlen werden ausgenutzt, um elektrische Felder, die durch die Laser-Target-Wechselwirkung induziert werden, mit Hilfe der Protonenradiographietechnik zu diagnostizieren. Aufgrund der hohen zeitlichen und räumlichen Auflösung ist diese ein äußerst leistungsfähiges Werkzeug, um den Einfluss der Laserlichtpolarisation auf die Wechselwirkung nachzuweisen. Zum ersten Mal konnte experimentell demonstriert werden, dass bei zirkular polarisiertem Licht das Target aufgrund der weniger effizienten Erwärmung der Elektronen (ein Indiz für RPA) als komprimierte Schicht nach vorne gedrückt wird, während bei linear polarisiertem Licht das Target signifikant dekomprimiert wird, da die Elektronen durch den TNSA-Prozess effizient erwärmt werden.The interaction between high-intensity, ultrashort laser pulses with solid matter is characterised by unique properties. In this thesis, various experimental studies investigating different fields of physics resulting from the irradiation of (ultra-)thin solid targets by a high-intensity (~ 10^20 W/cm2) and ultrashort (~ 30 fs) high power laser are carried out. The double-chirped pulse amplification (CPA) architecture of the Arcturus laser facility at the Heinrich-Heine-University in Düsseldorf is exploited in order to address different experimental configurations and therefore different physical processes. In the first part, the plasma dynamics from dual beam experiments are investigated by employing various diagnostics. A striking feature in the experimental study of the laser energy absorption by ultra-thin diamond-like carbon (DLC) foils could be observed. Different physical parameters including the laser energy on target and the target thickness are studied. Moreover, the ion acceleration from an already exploded thin foil target in a dual beam configuration is investigated. Furthermore, employing the proton probing technique, the parameters influencing the electromagnetic pulse generated by the high-intensity laser and solid interaction have been investigated. The parametric study, including laser pulse duration, energy and intensity, revealed the strong dependence of the amplitude of the electromagnetic pulse on the incident laser energy and pulse duration. A semianalytical model confirmed the experimentally obtained results and an optimum pulse duration for a given laser energy was found to be close to 100 fs. Motivated by the agreement between the experiments and the analytical model, simulations for a larger range of laser energies are demonstrated in order to estimate the optimum pulse duration of the electromagnetic pulse for example for future facilities. Exploiting the properties of laser-accelerated proton beams, electric fields induced by the laser-target interaction are diagnosed by employing the proton probing technique. Due to the high temporal and spatial resolution, the proton probing technique is a highly powerful tool to probe the distinct features of the lasertarget interaction. For the first time, the effect of the laser light polarisation on the interaction could be demonstrated experimentally. In case of circularly polarised light, the proton probing images show that the target is pushed forward as a compressed layer due to the less efficient heating of the electrons (which is evident for RPA), while in case of linearly polarised light, the target is significantly decompressed, since the electrons are heated efficiently by the TNSA process. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik » Laser- und Plasmaphysik | |||||||
| Dokument erstellt am: | 02.02.2021 | |||||||
| Dateien geändert am: | 02.02.2021 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 05.11.2020 | |||||||
| Datum der Promotion: | 25.01.2021 |
