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

4. ExperimenteZum anderen hat die Projektion des Pulses auf die Propagationsachse durch die verkipptePulsfront die Dauer der Laufzeitverzögerung. Solange der Strahl nicht fokussiertist, ist der Puls lokal kurz. Im Fokus allerdings kommen die gegeneinander verzögertenKomponenten zu unterschiedlichen Zeiten an und die effektive Pulsdauer entspricht ungefährder Laufzeitverzögerung, 22 die bei einem Strahldurchmesser von 6 cm schon beikleiner Pulsfrontverkippung einem Vielfachen der ursprünglichen Pulsdauer des JETI vonca. 30 fs entspricht (vergleiche letzte Spalte in Tabelle 4.1). Dadurch sinkt die Intensitätim Fokus stark. Gleichzeitig wird der Puls schon bei kleinen Kippwinkeln der Pulsfrontso lang, dass er bei der Anregung der Plasmawelle in mehrere Unterpulse aufgespaltenwird und die Energie in einer Halbwelle trotz der Pulskomprimierung im Plasma nichtmehr zum Brechen der Welle ausreicht.Die Pulsdauer wird im Experiment mit dem SPIDER gemessen und über den Gitterabstandim Kompressor wieder minimiert. Für die SPIDER-Messung wird allerdings nurein kleiner Ausschnitt des Strahls verwendet. Der Puls scheint trotz der langen Pulsdauerim Fokus kurz zu sein a . Die SPIDER-Messung sagt in diesem Fall also nichts über diePulsdauer im Fokus aus.Neben dem zeitlichen Profil des Fokus ändert sich auch das räumliche Profil. Durchdie schon erwähnte räumliche Aufspaltung der spektralen Komponenten wird der Durchmesserdes Fokus in Richtung des Winkelchirps größer. Die Pulsfrontverkippung wirktsich ähnlich aus wie ein Astigmatismus, bei dem die unterschiedlichen Komponentendes Strahls nicht im gleichen Punkt fokussiert werden. Mit dem Winkelchirp C a ist derVersatz der einzelnen Komponenten in der Fokusebene gegeben durch 11∆x = fC a (λ − λ 0 ). (4.3)Damit ergibt sich zum Beispiel mit einem Parabolspiegel der Brennweite f = 1 m, einemPuls mit einer Bandbreite ∆λ von 40 nm und einem Winkelchirp von C a = 1 µrad/nm,was ungefähr den gemessenen Werten im Experiment entspricht, ein maximaler Versatzvon ∆x = 40 µm (gemessener Durchmesser des Fokus ohne Winkelchirp: 16 µm). DerFokus wird also in Richtung des Winkelchirps gestreckt, ist dann elliptisch und seineFläche verdoppelt sich ungefähr.Ein möglichst runder Fokus ist für den Beschleunigungsprozess am günstigsten. DesaBei einem Strahldurchmesser von 3 mm, was ungefähr dem Durchmesser der Blenden im SPIDER entspricht,und einer Pulsfrontverkippung von 1 mrad hat die Projektion auf die Strahlachse eine Längevon 3 µm, was einer Dauer von 10 fs, also einem Drittel der Pulsdauer im Experiment entspricht.Die gemessene Pulsdauer wird dadurch um einige Femtosekunden länger, was allerdings wegen derüblichen Schwankungen nicht auffällig ist.34