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

4. Experimente
100
n e = 9 × 10 18 /cm 3
n e = 1, 5 × 10 19 /cm 3
40
n e = 1, 5 × 10 19 /cm 3
Anteil in %
80
60
40
20
RMS / mrad
30
20
10
0
−0.2 0 0.2
∆l / mm
(a) Anteil an Schüssen mit rundem oder elliptischem
Strahlprofil
0
−0.2 0 0.2
∆l / mm
(b) Richtungsstabilität
Abbildung 4.13.: (a) Anteil der Schüsse, bei denen am Zielschirm ein Elektronenpaket beobachtet
wurde, das ein rundes oder elliptisches räumliches Profil zeigt. Die Verteilung
ist nicht symmetrisch zu Null. (b) Richtungsstabilität als RMS der Abweichung
von der Laserachse.
Einfluss der Pulsdauer auf Richtung und Stabilität der beschleunigten Elektronen
Wird das Profil der Elektronenpakete auf dem Zielschirm betrachtet, ist sowohl an den
gemittelten Bildern in Abbildung 4.14 als auch in Abbildung 4.13a an der Zahl der
einzelnen Schüsse, bei denen eine Ellipse an das Profil angefittet werden kann, deutlich zu
erkennen, dass die Zahl der Elektronen mit zunehmender Pulsdauer abnimmt. Während
bei einer Elektronendichte von 1, 5 × 10 19 /cm 3 mit einer Pulsdauer von 31 fs bei allen
Einzelschüssen auf dem Zielschirm Elektronen detektiert wurden, fällt der Anteil für eine
Pulsdauer von 40 fs mit negativen Chirp auf 50%. Für einen positiv gechirpten Laserpuls
gleicher Dauer sinkt die Wahrscheinlichkeit nur auf 85%, mit positiven Chirp und einer
Pulsdauer von 49 fs nur auf 70%. Diese Asymmetrie ist in den gemittelten Bildern in
Abbildung 4.14 für beide Elektronendichten zu erkennen.
Die Dispersion zweiter Ordnung kann nicht die Ursache für diesen Effekt sein. Sie ist
proportional zur zweiten Ableitung der Wellenzahl k im Plasma nach der Laserfrequenz
ω:
∂ 2 k
∂ω 2 = 1 c
ω 2 p
√
ω 2 − ω 2 p
(4.9)
Dieser Wert ist positiv. Somit würde ein negativ gechirpter Puls im Plasma durch die Dispersion
zweiter Ordnung verkürzt werden, ein positiv gechirpter Puls läuft jedoch weiter
50