Dokument: Laser-Plasma-Wechselwirkung mit ultrakurzen Laserpulsen
| Titel: | Laser-Plasma-Wechselwirkung mit ultrakurzen Laserpulsen | |||||||
| Weiterer Titel: | Laser-Plasma interaction with ultra-short laser pulses | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=6443 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20071203-102856-3 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Jung, Ralph [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Willi, Oswald [Gutachter] Prof. Dr. Spatschek, Karl-Heinz [Gutachter] Prof. Dr. Ruhl, Hartmut [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Laser, Plasma, ultra-short laser pulses, optical field ionization, ionization front, shadowgraphy, Weibel instability, Alfven limit, electron beam filamentation, optical transition radiation, plasma channel, supersonic gas target, Inertial Confinement Fusion, Laser Fusion, Tägheitsfusion, Feldionisation, Schattenbilder, Weibel-Instabilität, Alfven-Strom, Ionisationsfront, Particle-In-Cell, PIC, optische Übergangsstrahlung, Plasmakanal, Elektronenstrahl Filamentierung, VULCAN Petawatt | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik | |||||||
| Beschreibungen: | Mit der Erfindung der Chirped Pulse Amplification (CPA) Technik im Jahre 1985 wurde es möglich, die Intensität ultra-kurzer Laserpulse extrem zu steigern. So stehen heutzutage an internationalen Groß-Laboratorien bereits Laser mit Leistungen von Petawatt zur Verfügung. An Universitäten können ultra-kurze Pulse von nur wenigen Schwingungen des optischen Feldes mit Hilfe kompakter „Table-Top”-Systeme auf mehrere zehn Gigawatt verstärkt werden. Diese Pulse bieten ideale Bedingungen für die Untersuchung ultra-schneller Prozesse.
In dieser Arbeit wurde ein Puls mit einer Länge von unter 10 fs in einen Gasjet unter hohem Druck fokussiert. Im Fokus wurden Intensitäten von über 10^16 W/cm^2 erreicht. Hierbei kommt es zur Feldionisation des Materials. In einem „Pump-Probe“-Experiment wurde die vom Laser induzierte Ionisationsfront und der entstehende Plasmakanal mittels Schattenbildern und Interferometrie untersucht. Erstmals konnte das Voranschreiten der Front und die Entstehung des Kanals optisch mit einer Genauigkeit von weniger als 10 fs aufgelöst werden. Die Resultate stehen in hervorragender Übereinstimmung mit dreidimensionalen, numerischen Particle-In-Cell (PIC) Simulationen. In einer weiteren Messung wurde die Propagation und Filamentierung eines Laser-produzierten Elektronenstrahls durch ein überkritisches Plasma untersucht. In diesem Experiment, ausgeführt am VULCAN Petawatt Laser des Rutherford Appleton Laboratoriums (UK), standen Intensitäten von 5 • 10^20 W/cm^2 zur Verfügung. Im Fokus des Lasers wurden Elektronen auf Energien von mehreren MeV beschleunigt. Der entstehende Elektronenstrahl propagierte daraufhin durch ein Plasma über eine Länge von mehreren hundert Mikrometern. Die Struktur des Strahls wurde anhand des an der Rückseite des verwendeten Targets emittierten Lichts beobachtet. Hierbei konnte gezeigt werden, dass der Strahl stark filamentiert. Die beobachtete ringförmige Anordnung der Filamente wurde mit Hilfe von 3D Particle-In-Cell Simulationen bestätigt.With the invention of the Chirped Pulse Amplification (CPA) technique in 1985, it became possible to amplify ultra-short laser pulses to high intensities. Nowadays, at international laboratories lasers are available that produce pulses of petawatt power. On an university’s scale, however, ultra-short pulses containing just a few optical cycles can routinely be amplified to several tens of Gigawatt using compact “table-top” systems. These pulses provide ideal conditions for the study of ultra-fast processes. In this thesis, laser pulses of sub-10-fs in duration were focused into a gas jet of high pressure. In the focus, intensities above 10^16 W/cm^2 have been achieved. This leads to optical field-ionization of the material. In a “pump-probe” experiment, the ionization front and the plasma channel generated were studied by optical shadowgraphy and interferometry. For the first time the propagation of the front and the channel evolution has been resolved optically with sub-10-fs time resolution. The results are in excellent agreement with three-dimensional Particle-In-Cell numerical simulations. In another measurement, the propagation and filamentation of a laser-produced electron beam through an over-dense plasma were studied. In this experiment, conducted at the VULCAN Petawatt laser at the Rutherford Appleton Laboratory (UK), intensities of 5 • 10^20 W/cm^2 were obtained. In the focus of the laser, electrons have been accelerated to energies of several MeV. The electron beam generated propagated through a plasma of several hundreds of microns in length. The structure of the beam was observed by imaging the light produced at the rear side of the target. It has been found that the beam undergoes strong filamentation. Particularly a ring-like structure has been observed which has also been found in 3D Particle-In-Cell simulations. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik » Laser- und Plasmaphysik | |||||||
| Dokument erstellt am: | 28.11.2007 | |||||||
| Dateien geändert am: | 28.11.2007 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 14.05.2007 | |||||||
| Datum der Promotion: | 16.11.2007 |
