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

2. GrundlagenAbbildung 2.5.: Skizziert ist der Beschleunigungsprozess der Elektronen in der Plasmawelle. DerLaserpuls verdrängt die Elektronen und regt die Plasmawelle als Dichtemodulationmit der Wellenlänge λ p an. Elektronen mit ausreichend Anfangsenergie undpassender Phase können in die Welle injiziert werden und werden dann im elektrischenFeld beschleunigt, bis sie das Dephasing Limit erreichen. (Abbildungaus Diplomarbeit M. Nicolai 19 )Spitzen. Das elektrische Feld in der Plasmawelle, das zum Wellenbrechen nötig ist, wirdim eindimensionalen relativistischen Fall beschrieben durch 20E wb = m ecω pe√ ( ) ω2 − 1 . (2.53)ω pDie Anregung der Plasmawelle ist besonders effizient, wenn der Laserpuls kurz genug ist,um in eine halbe Plasmawellenlänge zu passen, d.h.cτ p < λ p /2. (2.54)Die Elektronen können in diesem Fall ungehindert zurückschwingen, nachdem sie vomLaserpuls ausgelenkt wurden.Die Energie, die die Elektronen gewinnen können, hängt von der Länge der Beschleunigungsstreckeab, die von einigen Faktoren begrenzt wird:Dephasing LengthRelativistische Elektronen bewegen sich fast mit Lichtgeschwindigkeit,die Plasmawelle bewegt sich jedoch mit der Gruppengeschwindigkeit des Laserpulses,die geringer ist als die Elektronengeschwindigkeit. Die Elektronen überholen die Plasmawelleund gelangen in Bereiche, in denen das elektrische Feld in entgegengesetzte Richtunggerichtet ist, sie also wieder abbremst. Die maximale Länge, über die die Elektronen biszu diesem Limit beschleunigt werden können, nennt sich Dephasing Length L D .20