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

4. Experimente
auseinander. Demnach sollte der Beschleunigungsprozess mit einem negativ gechirpten
Puls effizienter sein. Die Messung zeigt aber ein gegenteiliges Verhalten.
Leemans et al. nennen als Grund für die Asymmetrie Dispersion höherer Ordnung. 24
Diese Dispersion entsteht im Strecker oder Kompressor des Lasersystems oder während
des Verstärkungsprozesses beim Durchgang des Pulses durch Material und führt zu einer
Veränderung der Pulsform. Ein ideal justierter Kompressor kann die Dispersion dritter
Ordnung durch den Einfallswinkel auf das Gitter kompensieren. Auch die Dispersion
dritter Ordnung verändert sich mit dem Gitterabstand der Kompressorgitter, wird also
bei einer Veränderung des Gitterabstands nicht mehr vollständig kompensiert. Somit hat
der Gitterabstand einen direkten Einfluss auf die Pulsform.
Ein Laserpuls mit einer steil ansteigenden und einer langsam abfallenden Flanke sorgt
für einen effizienteren Beschleunigungsprozess als ein Puls mit langsam ansteigender und
schnell abfallender Flanke. Wird der Laserpuls durch Dispersion dritter Ordnung nun
so verändert, dass für einen kleineren relativen Gitterabstand die ansteigende Pulsflanke
steiler wird und bei größerem relativen Abstand flacher, entsteht die im Experiment
beobachtete Asymmetrie bezüglich der kürzesten Pulsdauer. Die Dispersion höherer Ordnung
wurde während der Messung nicht bestimmt, weshalb nur vermutet werden kann,
dass diese die Ursache für die Asymmetrie ist.
Die Richtungsstabilität und die Anzahl der Schüsse mit gutem Strahlprofil sind für diese
Messung in Abbildung 4.13 aufgetragen. Die Werte sind ähnlich wie in den Messungen
zuvor.
Interessant ist ein Vergleich der beiden Messungen mit einer Pulsdauer von ca. 40 fs und
der Messung aus Abschnitt 4.1.1 mit einem Puls mit Winkelchirp C a,x = 0, 1 µrad/nm,
was mit dem Strahldurchmesser des JETI einer Laufzeitverzögerung von ca. 40 fs entspricht.
Der Anteil der Schüsse mit elliptischem Strahlprofil ist bei der Messung mit
asymmetrischem Laserpuls und positivem Chirp in dieser Messung mit etwas über 80%
am besten, gefolgt von dem Wert mit Winkelchirp aus Abschnitt 4.1.1, der bei ca. 70%
liegt (vergleiche Abbildung 4.4a). Dieser Wert wurde mit einer Elektronendichte von
1, 2 × 10 19 /cm 3 erreicht, mit der in dieser Messreihe gewählten Elektronendichte von
1, 5 × 10 19 /cm 3 würde ein etwas geringerer Wert erwartet werden. Mit asymmetrischem
Laserpuls und negativem Chirp wird nur ein Wert von ca. 50% erreicht, was deutlich
schlechter ist als die beiden anderen. Mit Winkelchirp wird der Puls im Fokus zwar
länger, er sollte aber zeitlich keine Asymmetrie zeigen, 22 solange das Strahlprofil des
Laserstrahls annähernd homogen ist. Die zeitliche Pulsform scheint zumindest bei einer
Pulsdauer über 40 fs einen großen Einfluss auf das Ergebnis des Beschleunigungsprozesses
zu haben.
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