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

1. EinleitungRelativistische Elektronenpakete finden Anwendung in vielen Bereichen der Grundlagenforschung.Mit Energien von einigen GeV werden sie genutzt, um in Undulatoren oderFreie-Elektronen-Lasern kurzwellige Strahlung zu erzeugen, im Energiebereich von einigen10 GeV finden sie in Experimenten der Elementarteilchenphysik Anwendung. Durchdie Limitierung des Beschleunigungsgradienten in konventionellen Beschleunigern aufwenige 10 MV/m sind lange Beschleunigungsstrecken nötig, um Elektronenenergien indiesen Bereichen zu erreichen.Der von Tajima und Dawson erstmals vorgeschlagene Laser-Wakefield-Beschleuniger 1bietet eine Alternative zu konventionellen Beschleunigern. Durch hochintensive Laserpulseaus Lasersystemen, die auf dem Prinzip der Chirped Pulse Amplification 2 beruhen,wird dabei eine Plasmawelle angeregt. Bricht diese Welle, werden Elektronen in deren Felderinjiziert und darin beschleunigt. Beschleunigungsgradienten von einigen 100 GV/m,die im Plasma erreicht werden, ermöglichen kurze Beschleunigungsstrecken von wenigenZentimetern und dadurch den Bau von kompakten Beschleunigern. Die Elektronenpaketehaben bedingt durch den Beschleunigungsprozess eine Länge von wenigen µm, waszeitlich einigen Femtosekunden entspricht. 3 Nutzt man diese Elektronen, um zum Beispielin Freie-Elektronen-Lasern Sekundärstrahlung zu erzeugen, erreicht auch diese einevergleichbare Pulsdauer 4 und eignet sich daher sehr gut für Experimente, die eine Zeitauflösungin diesem Bereich erfordern.Im Jahr 2004 gelang es, quasimonoenergetische Elektronenpakete mit Energien im Bereichvon 100 MeV in einem Laser-Wakefield-Beschleuniger zu erzeugen. 5–7 Mit gezielterVerlängerung der Beschleunigungsstrecke wurden inzwischen Energien von 1 GeV erreicht.8 Die Energie- und Richtungsstabilität der Laser-Wakefield-Beschleuniger ist aberzur Zeit nicht vergleichbar mit der konventioneller Beschleuniger. Um deren Qualität indiesen Punkten zu verbessern und damit den hohen Anforderungen in den Anwendungenzu entsprechen, ist ein detailliertes Verständnis des Beschleunigungsprozesses und dieOptimierung der entsprechenden Parameter im Experiment nötig.Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Einfluss der Eigenschaften des Laserpulses aufden Beschleunigungsprozess. Über eine Veränderung der Justage des Lasersystems wird1