Laser-Wakefield-Beschleunigung am JETI-Einfluss der ...

2. Grundlagen
Abbildung 2.3.: Ausbreitung eines Gauß-Strahls und dessen Fokussierung mit einer dünnen Linse
der Brennweite f
Strahlradius an der Stelle z ist gegeben durch
w(z) = w 0
√
1 + z2
zR
2 . (2.16)
Die Rayleighlänge z R ist somit die Länge, nach der der Radius des Strahls auf √ 2w 0 angewachsen,
die Intensität also auf die Hälfe des Maximalwerts abgefallen ist. Der Verlauf
eines Gauß-Strahls ist in Abbildung 2.3 gezeigt.
Wird der Gauß-Strahl durch eine dünne Linse mit Brennweite f fokussiert, erreicht er
im Fokus einen minimalen Durchmesser w f mit
w f =
w 0
√
1 + (zR /f) 2 . (2.17)
Der fokussierte Strahl ist wieder ein Gauß-Strahl.
2.2. Grundlagen der Plasmaphysik
Ein Plasma besteht aus ionisierter (und neutraler) Materie, es ist quasineutral
und zeigt kollektives Verhalten aufgrund der elektromagnetischen Wechselwirkung
seiner geladenen Komponenten. 12
Durch diese Eigenschaften unterscheidet sich ein Plasma deutlich von anderen Formen
der Materie und kann neben Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen als vierter Materiezustand
angesehen werden. Die Wechselwirkung zwischen geladenen Teilchen wird durch
elektromagnetische Kräfte bestimmt, die im Gegensatz zur Wechselwirkung zwischen
neutralen Teilchen deutlich langreichweitiger sind. Somit beeinflusst ein Teilchen nicht
nur seine nächsten Nachbarn sondern eine Vielzahl von Teilchen, was zum kollektiven
Verhalten des Plasmas führt. In den folgenden Abschnitten, die sich am Lehrbuch von J.
Bittencourt 13 und dem Vorlesungsskript von Prof. M. Kaluza 14 orientieren, werden diese
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