Лазерная генерация ускоренных частиц и коротковолнового излучения с использованием диэлектрических капилляров тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.21, кандидат наук Мальков, Юрий Андреевич

• Мальков, Юрий Андреевич
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Мальков, Юрий Андреевич

Введение'

1. Экспериментальна установка. Фемтосекундный лазерный комплекс тераваттного уровня

1.1 Блок-схема фемтосекундного лазерного комплекса

1.1.1 Задающий генератор

1.1.2 Оффнеровский стретчер

1.1.3 Развязка Фарадея

1.1.4 Регенеративный усилитель и очиститель импульсов

1.1.5 Схема синхронизации лазерной системы

1.1.6 Усилители мощности

1.1.7 Компрессор фемтосекундных импульсов

1.2 Характеристики выходного пучка

2 Ускорение электронов плазменной волной в газонаполненном капилляре

2.1 Оценка амплитуды плазменной волны генерируемым тераваттным лазерным импульсом

2.1.1 Описание эксперимента

2.1.2 Теоретическая модель и обсуждение полученных результатов

2.2 Разработка источника затравки быстрых электронов

2.2.1 Описание эксперимента

2.2.2 Экспериментальные результаты

2.2.3 Численное моделирование и выводы

3 Генерация высоких гармоник в газонаполненном капилляре

3.1 Описание эксперимента

3.2 Экспериментальные результаты

3.3 Обсуждение и сравнение с численным моделированием

4. Ускорение ионов в капилляре

4.1 Экспериментальная схема

4.2 Абсолютная калибровка детектора

4.3 Экспериментальные результаты

4.4 Обсуждение результатов

Заключение

Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Лазерная генерация ускоренных частиц и коротковолнового излучения с использованием диэлектрических капилляров»

Введение

Генерация электронов, протонов, ионов и фотонов высоких энергий является одним из основных применений крупных лазерных систем тераваттного и петаваттного уровня мощностей. Несмотря на то, что первые эксперименты по ускорению частиц были проведены еще в начале 60х годов, долгое время лазерные технологии не позволяли получать частицы с уровнем энергии более одного мегаэлетронвольта. Начиная с середины 90х годов начался новый виток развития области, связанный с разработкой мощных фемтосекундных лазеров на основе усиления чирпированных импульсов. К настоящему моменту было продемонстрировано: ускорение электронов до энергий несколько ГэВ [1, 2], высокоэффективное ускорение протонов до энергий порядка 100 МэВ [3], ионов с энергией до 1 ГэВ [4], генерация электромагнитного излучения в широком спектре от вакуумного ультрафиолета до конца мягкого рентгеновского диапазона на основе генерации высоких гармоник [5]. Работы по этим направлениям активно продолжаются.

Наиболее развитыми схемами ускорения заряженных частиц на данный момент являются методы, основанные на ускорении электрическим полем, возникающем в результате пространственного разделения ионов и электронов в плазме. При взаимодействии мощного лазерного импульса (интенсивностью порядка 1016-1021 Вт/см2) с веществом образуется плазма и на начальном этапе ускоряются электроны, которые, за счет смещения относительно практически неподвижных ионов, создают разность электрических потенциалов и, соответственно, электрическое поле, обеспечивающее ускорение заряженных частиц (см. рис. 1). В частности, на этом принципе основано лазерное ускорение электронов плазменной

волной (Laser Wakefield Acceleration, LWFA), предложенное Тажимой и Даусоном в 1979 году [6].

Ускорение электронов

Лазерный импульс

В работах по лазерному ускорению электронов плазменной волной рассматриваются несколько режимов различных по типу возбуждения плазменной волны. Наиболее простым в идейном плане режимом является резонансное возбуждение плазменной волны (ууакеАеЫ), когда длительность импульса приблизительно равна периоду плазменной волны, при этом возбуждение волны реализуется за счет пондермоторного выталкивания электронов бегущей огибающей лазерного поля (см. подробное описание режимов в обзоре [7]). За счет того, что фазовая скорость создаваемой плазменной волны близка к скорости света, электроны могут большое время находиться в ускоряющей фазе поля разделения зарядов. Для создания значительных ускоряющих полей (десятки МэВ на см) при резонансном возбуждении требуется лазерной импульс достаточно

17 2

высокой интенсивности (10 Вт/см и выше). В последнее время активно изучается «баббл»-режим ускорения, в котором, кроме указанного выше условия на длительность импульса необходимо также, чтобы поперечный размер лазерного импульса был порядка его

продольного размера в пространстве. Кроме того, этот режим требует большей интенсивности лазерного импульса и в нем создается сильно нелинейная плазменная волна с областью практически свободной от электронов [8]. Альтернативными методами возбуждения плазменной волны являются генерация за счет нелинейного взаимодействия двух длинных лазерных импульсов, отстроенных по спектру на плазменную частоту и генерация плазменной волны при помощи самомодуляционной неустойчивости длинного лазерного импульса в плотной плазме [9, 10]. В последнем случае за счет использования большей концентрации плазмы возбуждаются более сильные поля разделения зарядов, однако, с другой стороны, это приводит к небольшой длине ускорения из-за дефазировки электронов относительно плазменной волны, связанной с существенным замедлением групповой скорости лазерного импульса в плотной плазме.

Одна из основных проблем при данном подходе заключается в том, что для достижения электронами заметной энергии (100-1000 МэВ) необходима большая длина ускорения, что требует каналирования интенсивного лазерного излучения на соответствующие расстояния, в связи с этим данной проблеме посвящено большое число работ. В ряде работ каналирование лазерного излучения осуществлялось в капиллярах относительно большого диаметра путем создания плазменного канала с минимумом концентрации плазмы на оси, что обеспечивалось использованием дополнительного пристеночного высоковольтного разряда [11, 12]. В этом случае образование плазменного канала с волноведущими свойствами достижимо только при высоких концентрациях плазмы более 1018см"3, ограничивающих длину ускорения из-за уменьшения длины фазового синхронизма,

связанного с замедлением лазерного импульса в плазме. Каналирование при меньших концентрациях плазмы может быть реализовано при помощи диэлектрических капилляров, в которых существуют слабозатухающие моды. В большинстве экспериментальных работ посвященных ускорению электронов, вышедших на сегодняшний день, капилляры используются в многомодовом режиме [13, 14], т.е. диаметр капилляра существенно превышает диаметр сфокусированного лазерного пучка и, в итоге, капилляр не оказывает большого влияния на распространение лазерного импульса. Применение диэлектрических капилляров в условиях одномодового режима для увеличения длины ускорения электронов является одной из задач диссертации.

Другой острой проблемой лазерно-плазменного ускорения электронов является проблема захвата электронов плазменной волной. Даже в случае создания плазменной волны большой интенсивности необходимо, чтобы электроны, попадающие в ускоряющую фазу плазменной волны с субпикосекундным периодом колебаний, имели достаточно высокую скорость. В первых работах по лазерно-плазменному ускорению использовался внешний инжектор электронов на основе традиционного ускорителя [15], однако в этом в случае удавалось ускорить лишь единичные электроны из-за большой длительности электронных пучков с ускорителей и проблем с

синхронизацией. С другой стороны, при наличии достаточно высокой

<

интенсивности лазерного импульса, возможна самоинжекция в плазменную волну [16, 17], что значительно упрощает схему. Для уменьшения порога самозахвата было предложено большое число разнообразных схем, таких как использование дополнительного встречного пучка лазера [18], острая фокусировка лазерного

пучка [19], чирпирование лазерного импульса [20], использование смеси газов, один из которых обладает высоким порогом ионизации [21-23], приложение внешнего сильного магнитного поля [24], создание неоднородного распределения плазмы. Остановимся на последнем методе подробнее, он основан на изменении скорости фазовой волны при прохождении лазерного импульса через пространственный градиент плотности плазмы, что может эффективно замедлять фазовую скорость волны и, соответственно, приводить к тому, что электроны большее время находятся в ускоряющейся фазе плазменной волны. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению порога самозахвата. Большое число работ, посвященных данной схеме, используют смещение области фокусировки лазерного импульса с центра на выход газовой струи, что в результате позволяет получать квазимоноэнергетичные электронные пучки [25]. Однако, с точки зрения максимально достижимой энергии это не является эффективным, потому что ускорение обрывается очень быстро после момента инжекции за счет градиента концентрации. В ряде работ для решения этой проблемы используют несколько струй, одна из которых служит для инжекции, другая для основного ускорения электронов [1]. Также есть работы по ускорению в плазме с искусственно созданными неоднородностями за счет механического внесения объектов [26-28] или использованию дополнительных лазерных импульсов [29].

Ускорение ионов

Ускорение ионов при помощи мощных лазерных импульсов происходит как следствие ускорения электронов лазерным полем. Электроны ускоряются лазерным импульсом и покидают плазму пока возникшее поле разделения зарядов не останавливает этот процесс

(см. рис. 2). За счет большой величины поля разделения и достигается эффективное ускорение ионов.

Одни из первых теоретических работ, посвященных ускорению ионов при разлете плазмы, были сделаны группой Гуревича [30, 31]. Максимально достижимая скорость ионов при этом процессе равна характерной скорости электронов, что приводит к оптимистичной оценке энергии ионов в десятки МэВ на нуклон при энергии электронов порядка нескольких кэВ (соответствующей пондермоторной энергии в относительно слабом лазерном поле интенсивностью порядка 10,6Вт/см2). Однако, не смотря на это, до начала 90х годов в экспериментах энергии ионов и протонов порядка МэВ были недостижимыми даже на крупных лазерных установках [32]. Энергии ускоренных ионов превысили этот порог только при использовании мощных короткоимпульсных лазеров в

начале 90х [33]. А в начале 2000-х годов несколькими экспериментальными группами при облучении мишеней в виде тонких фольг высокоинтенсивным лазерным излучением, имеющим длительность импульса от нескольких пикосекунд и короче, была продемонстрирована генерация коллимированных пучков протонов с энергией в десятки МэВ. При этом эффективность конверсии лазерного излучения в энергию ускоренных ионов достигала нескольких процентов [34, 35]. Эти эксперименты вызвали бурную волну активности, направленную как на экспериментальную оптимизацию процесса ускорения, так и выявление и развитие моделей расширения плазмы.

Однако в то же время прогресс развития в плане увеличения максимальной энергии ионов несколько замедлился. С момента выхода работ [34, 35] прошло более десяти лет, однако достигнутая максимальная энергия ионов увеличилась менее чем в два раза. Основным путем развития рассматривается увеличение лазерной интенсивности, повышение контраста лазера (см. рис. 3). На этом пути были достигнуты определённые успехи, например, были получены ионы углерода с энергиями до одного ГэВ, однако для этого требуется использование больших лазерных систем с энергией в сотни джоулей [4].

100 Г

■ i i—iiiiii i—i—i—111111

■ i 111111 i ii

10-

25

= A

(a)

27

'15

Z 26

a

i Щ22.-Я2

23

18

10'о a 6

12 9 ° 2?

19

11

3

23

17

a 13

■ Metal, ps

о Metal, fs

• Dielectric, ps

о Dielectric, fs

a. Gas. ps

Д Gas. fs

* *...... .........

i iiiiii

■ ■■■■■■!

0.1

1

10

100 WL, J

Энергия лазерного импульса, Дж

Рис. 3. Зависимость максимальной энергии ускоренных ионов от энергии в лазерном импульсе для пикосекундных/фемтосекундных лазеров и разных типов мишеней. Зелеными буквами Z обозначены результаты, полученные в работе группы Зиглера [36], остальные точки взяты из [32].

В то же время на данный момент активно проводятся исследования новых мишеней для ускорения ионов, которые позволяют получить относительно высокие энергии ионов (10-20 МэВ на нуклон) при

17 IX 9

относительно низких интенсивностях (10 -10 Вт/см ). В частности, в работе [37], опубликованной в журнале Physical Review Letters ускорение ионов наблюдалось при взаимодействии лазерного

импульса с докритичной плазмой, образованной из СОг кластеров. В

18 2

эксперименте при лазерной интенсивности порядка 10 Вт/см наблюдались ускоренные ионы с энергиями порядка 10-20 МэВ на нуклон, что гораздо выше чем в аналогичных экспериментах с

фольгами. Также в недавней работе была продемонстрирована генерация протонов с энергиями до 21 МэВ при фокусировки лазера мощностью 5 ТВт на поверхность с ледяными наноструктурами, созданными при помощи осаживания воды на охлаждаемую металлическую пластину [36]. Увеличение энергии ускоренных протонов связывается авторами с ближнепольным усилением ускоряющего поля на остриях образованных наноструктур.

Также увеличение энергии ускоренных ионов наблюдалось при использовании мишеней из полых конусов с плоским наконечником (Pizza-top Cone) [3]. При использовании такого типа мишеней на лазере интенсивностью 1.5 х Ю20 Вт/см2 в 2011 году были получены рекордные энергии ускоренных протонов. Максимальная энергия протонов в экспериментах достигалась при введении некоторой несимметрии фокусировки лазерного пучка на вход мишени, что указывает на существенную роль стенок конуса в процессе ускорения протонов.

Использование капилляра для лазерного ускорения ионов при помощи численного моделирования исследовалось в работе [38], было показано, что если при использовании стандартной мишени - фольги расположить после неё проводящий капилляр, то происходит увеличение уровня коллимации созданного пучка протонов под действием магнитных полей, возбуждаемых токами в стенках капилляра.

Генерация высоких гармоник

При взаимодействии фемтосекундного лазерного излучения с интенсивностью порядка 1014 Вт/см2 с газами происходит генерация высоких гармоник [39], когерентного излучения, лежащего в

вакуумном ультрафиолетовом и мягком рентгеновском диапазонах длин волн. Получаемое в результате генерации гармоник излучение имеет фемтосекундную длительность и обладает пространственной когерентностью, что позволяет его использовать во многих приложениях, таких как дифрактометрия [40], спектроскопия с временными разрешением [41], интерферометрия [42], затравка для лазеров на свободных электронах [43-45].

Процесс генерации высоких гармоник принято описывать моделью, включающую в себя три стадии [39]: отрыв электрона от атома под действием лазерного поля, осцилляторное движение электрона и последующее взаимодействие электрона с родительским ионом (см. рис 4). В результате взаимодействия электрона с ионом происходит генерация всплесков высокочастотного излучения. Одним из основных факторов, ограничивающих эффективность генерации высоких гармоник, является относительно небольшая длина фазового синхронизма между гармониками и лазерным излучением, связанная с аномальной плазменной и нормальной газовой дисперсиями лазерного импульса, а также со сдвигом фазы, возникающим при прохождении лазерного импульса через фокус [46, 47]. В работе [48] продемонстрирована возможность достижения фазового синхронизма при использовании в качестве среды газа, заполняющего диэлектрический капилляр. Подстройка давления в капилляре позволяла скомпенсировать за счет дисперсии газа дисперсию, обусловленную плазмой и капилляром.

Потенциал г

Лазерное п

2. Ускорение

Рис. 4. Схема генерации высоких гармоник.

Другим важным параметром излучения гармоник с точки зрения приложений является ширина их спектра. Для того чтобы получить широкий спектр, удобный для спектроскопических применений, можно использовать предельно короткие фемтосекундные лазеры [49]. Однако даже в случае относительно длинных импульсов, с длительностью порядка 50-100 фс, можно получить перестройку длин волн гармоник в широком диапазоне. В частности, за счет существенного уширения спектра фемтосекундного лазерного импульса в сторону коротких длин волн, возникающего при распространении лазерного излучения в газонаполненном капилляре в условиях ионизации [50], а таьоке за счет неадиабатического смещения спектра [51], наблюдаемого для очень коротких импульсов.

Перестройка частотного спектра генерации высоких гармоник за счет ионизационного сдвига при прохождения лазерного импульса через капилляр экспериментально изучалась в работе [52], где при помощи изменения чирпирования лазерного импульса длительностью 30 фс получали перестройку спектра гармоник. Однако величина

перестройки в данной работе была ограничена, также в работе остались неизученными зависимости параметров гармоник от давления. В недавней работе [53] было продемонстрировано увеличение выхода гармоник и уширение спектра в результате нелинейной ионизационной самокомпрессии импульса при распространении в капилляре. В работе [54] была продемонстрирована генерация суперконтинуума в диапазоне длин волн 30-50 нм в результате временного сжатия импульса при филаментации в газе высокого давления. При этом из-за высокого поглощения в газе для наблюдения гармоник возникает необходимость в очень резком обрыве филамента при помощи резкого градиента давления на выходе.

Целью настоящей диссертационной работы является разработка новых методов ускорения электронов и ионов, генерация мягкого рентгеновского излучения при помощи лазера тераваттного уровня мощности с использованием диэлектрических капилляров. В связи с заявленной целью работа была направлена на решение следующих задач:

1. Исследование характеристик плазменной волны, возбуждаемой интенсивным лазерным импульсом в газонаполненном капилляре.

2. Исследование источника быстрых электронов при взаимодействии лазерного излучения с фольгами в различных геометриях.

3. Экспериментальное исследование особенностей генерации высоких гармоник фемтосекундного лазерного излучения, распространяющегося в газонаполненном диэлектрическом капилляре.

4. Исследование источника быстрых ионов при расширении плазмы, созданной мощным лазерным импульсом в диэлектрическом капилляре.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения.

В первой главе описывается тераваттная лазерная система, на которой осуществлялись эксперименты, представленные в диссертации. В параграфе 1.1 приведены основные принципы работы, устройство и методы настройки лазерной системы. В параграфе 1.2 приводятся технические характеристики результирующих фемтосекундных лазерных импульсов.

Вторая глава посвящена задаче ускорения электронов плазменной волной, возбуждаемой фемтосекундным лазерным импульсом в диэлектрическом газонаполненном капилляре. В параграфе 2.1 приведены результаты экспериментальных исследований спектральной модификации интенсивных лазерных импульсов в длинном капилляре, наполненном гелием, результаты численного моделирования распространения фемтосекундного излучения в капилляре. На основе сравнения экспериментальных данных с результатами моделирования сделана оценка величины ускоряющих полей в плазменной волне в экспериментальных условиях. В параграфе 2.2 приведены результаты экспериментального исследования характеристик источника затравочных электронов. Данный источник, основанный на генерации узкоколлимированных квазимоноэнергетичных пучков электронов, возникающих при взаимодействии мощных лазерных импульсов с границами алюминиевых фольг, планируется использовать для инжекции и

последующего ускорения в газонаполненном капилляре. Приводятся результаты измерений диаграммы направленности, энергетического спектра затравочного пучка электронов, а также результаты численного моделирования.

Третья глава посвящена экспериментальному исследованию генерации высоких гармоник фемтосекундного лазерного излучения, распространяющегося в газонаполненном диэлектрическом капилляре. В параграфе 3.1 приводится краткое описание экспериментальной установки. В параграфе 3.2 приведены измеренные зависимости эффективности и величины перестройки длин волн высоких гармоник и лазерного излучения на выходе из капилляра в зависимости от давления газа и интенсивности основного лазерного импульса. В параграфе 3.3 приводятся обсуждение экспериментальных результатов и сравнение с результатами численного моделирования. Перестройка длины волны генерации высоких гармоник для капилляра в наших условиях объясняется ионизационным синим сдвигом лазерного излучения на фундаментальной длине волны.

Четвертая глава посвящена экспериментальному и теоретическому исследованию генерации ускоренных ионов при взаимодействии мощного лазерного излучения с пустыми диэлектрическими капиллярами. В параграфах 4.1-4.2 приводится кратное описание экспериментальной установки и результаты калибровки CCD камеры, используемой для регистрации энергии ускоренных ионов. В параграфе 4.3 приведены измеренные распределения детектированных ионов по энергиям и углам. В параграфе 4.4 приведена модель, объясняющая неожиданно высокие энергии ионов. Ключевыми особенностями используемых нами мишеней являются:

большой размер исходной плазмы, что приводит к замедлению остывания электронов, генерация электронов с энергией выше пондермоторной на начальном этапе, а также зарядка диэлектрических стенок капилляра при расширении плазмы.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.

Диссертация содержит также заключение и список цитируемой литературы, состоящий из 89 источников. Работа изложена на 121 страницах машинописного текста и включает 63 рисунка.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Лазерные импульсы длительностью 60 фс, энергией 60 мДж при распространении в диэлектрическом капилляре наполненном гелием возбуждают плазменную волну с величиной ускоряющих полей порядка 5-10 МВ/см, что, при длине капилляра 5 см, позволит ускорять электроны до энергий до нескольких десятков МэВ.

2. При взаимодействии мощного лазерного излучения

17

длительностью 70 фс и интенсивностью 10 Вт/см с границей металлических фольг существует режим генерации квазимоноэнергетичных узкоколлимированных пучков ускоренных электронов с энергиями до 1 МэВ, расходимостью менее 10 мрад, которые могут быть использованы для дальнейшей инжекции в плазменную волну.

3. При генерации высоких гармоник фемтосекундными лазерными импульсами, распространяющимися в капилляре диаметром 100 мкм длиной 2 см, наполненным ксеноном, можно получить перестраиваемое когерентное мягкое рентгеновское излучение в

диапазоне длин волн 30-52 нм. Перестройка длины волны генерации высоких гармоник для капилляра длиной несколько сантиметров объясняется ионизационным сдвигом лазерного излучения в коротковолновую область на фундаментальной длине волны.

4. При фокусировке лазерного излучения (импульсы длительностью 70 фс, энергия в импульсе до 100 мДж) на входной торец пустого диэлектрического капилляра, используемого в качестве мишени для лазерно-плазменного ускорения, возможно достижение значительно большей энергии ускоренных ионов, чем в случае использования в качестве мишени плоской фольги при сопоставимой интенсивности лазерного излучения.

5. Существенное увеличение энергии ускоренных ионов при использовании в качестве мишени диэлектрического капилляра связано с большой протяженностью исходной плазмы (что приводит к замедлению остывания электронов), генерацией электронов с энергией выше пондермоторной на начальном этапе взаимодействия лазерного импульса с капилляром, а также зарядкой диэлектрических стенок капилляра при расширении плазмы в капилляре.

Достоверность. В экспериментах использовались хорошо апробированные экспериментальные методики и теоретические подходы. Все полученные результаты обладают высокой степенью достоверности и являются обоснованными. Подтверждением этого служит согласие аналитических и расчетных данных с результатами, полученными в экспериментах. Основные положения диссертации опубликованы в ведущих российских и зарубежных журналах,

неоднократно докладывались на международных и всероссийских конференциях и обсуждались на семинарах в ИПФ РАН.

Личный вклад автора

Все изложенные в диссертационной работе оригинальные результаты получены автором лично, либо при его непосредственном участии. Автор участвовал в проведении экспериментов, постановке задач, выполнял настройку частей лазерной системы, проводил обработку экспериментальных данных, проводил интерпретацию результатов. Научный руководитель А. Н. Степанов ставил общие задачи, определял основные направления исследований, участвовал в проведении экспериментов и интерпретации полученных результатов. Эксперименты по исследованию характеристик плазменной волны были выполнены совместно с В. И. Ереминым, численное моделирование для эксперимента проводилось Н. Е. Андреевым. Эксперименты по ускорению электронов при взаимодействии с торцами фольги были проведены совместно с Д. А. Яшуниным, численное моделирование для эксперимента проводилось Н. Е. Андреевым, А. А. Андреевым, П. Р. Левашовым, Л. П. Пугачевым, К. Ю. Платоновым. Эксперименты по генерации высоких гармоник в капилляре проводились совместно с Д. А. Яшуниным, численное моделирование для эксперимента проводилось Н. Е. Андреевым. Эксперименты по ускорению ионов в капилляре были проведены совместно с Д. А. Яшуниным, построение модели для эксперимента проводилась совместно с В. Е. Семеновым.

Научная новизна и практическая значимость диссертационной работы обусловлены полученными в ней новыми и оригинальными результатами, а именно:

1. Проведена диагностика плазменной волны, возбуждаемой при распространении интенсивного фемтосекундного лазерного излучения в диэлектрическом капилляре, заполненном инертным газом. Характеризация плазменной волны осуществлялась на основе измерений модификации спектра интенсивного фемтосекундного импульса, создающего плазменную волну. На основе сравнения экспериментальных спектров с численными счетами оценены величины ускоряющих полей в плазменной волне, которые находятся в диапазоне 1-10 МВ/см, что позволяет рассчитывать на получение ускоренных электронов с энергией в несколько десятков МэВ при умеренной мощности лазерного излучения порядка 1 ТВт и длине капилляра в несколько сантиметров.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Мальков, Юрий Андреевич, 2015 год

Литература

1. Kim H.T., Рае K.H., Cha HJ., Kim I.J., Yu T.J., Sung J.H., Lee S.K., Jeong T.M., Lee J. //Enhancement of Electron Energy to the Multi-GeV Regime by a Dual-Stage Laser-Wakefield Accelerator Pumped by Petawatt Laser Pulses Physical review letters, 2013. T. Ill C. 165002

2. Walker P., Bourgeois N., Rittershofer W., Cowley J., Kajumba N., Maier A., Wenz J., Werle C., Karsch S., Grüner F. //Investigation of GeV-scale electron acceleration in a gas-filled capillary discharge waveguide New Journal of Physics, 2013. T. 15 C. 045024

3. Gaillard S., Kluge Т., Flippo К., Bussmann M., Gall В., Lockard Т., Geissei М., Offermann D., Schollmeier M., Sentoku Y. //Increased laser-accelerated proton energies via direct laser-light-pressure acceleration of electrons in microcone targetsa) Physics of Plasmas (1994-present), 2011. T.18 C. 056710

4. Jung D., Yin L., Gautier D., Wu H.-C., Letzring S., Dromey В., Shah R., Palaniyappan S., Shimada Т., Johnson R. //Laser-driven 1 GeV carbon ions from preheated diamond targets in the break-out afterburner regime Physics of Plasmas (1994-present), 2013. T. 20 C. 083103

5. Popmintchev Т., Chen M.-C., Popmintchev D., Arpin P., Brown S., Alisauskas S., Andriukaitis G., Balciunas Т., Mücke O.D., Pugzlys A. //Bright coherent ultrahigh harmonics in the keV x-ray regime from mid-infrared femtosecond lasers science, 2012. T. 336 C. 1287

6. Taj'ima Т., Dawson J.M. //Laser Electron Accelerator Physical Review Letters, 1979. T. 43 C. 267

7. Esarey E., Schroeder C.B., Leemans W.P. //Physics of laser-driven plasma-based electron accelerators Reviews of Modern Physics, 2009. T. 81 C. 1229

8. Kostyukov I., Pukhov A., Kiselev S. //Phenomenological theory of laser-plasma interaction in "bubble" regime Physics of Plasmas (1994-present), 2004. T. 11 C. 5256

9. Andreev N.E., Gorbunov L.M., Kirsanov V.I., Pogosova A.A., Ramazashvili R.R. //The theory of laser self-resonant wake field excitation Physica Scripta, 1994. T. 49 C. 101

10. Andreev N.E., Kirsanov V.I., Gorbunov L.M. //Stimulated processes and self-modulation of a short intense laser pulse in the laser wake-field accelerator Physics of Plasmas, 1995. T. 2 C. 2573

11. Leemans W., Nagler B., Gonsalves A., Toth C., Nakamura K., Geddes C., Esarey E., Schroeder C., Hooker S, //GeV electron beams from a centimetre-scale accelerator Nature physics, 2006. T. 2 C. 696

12. Lu H., Liu M., Wang W., Wang C., Liu J., Deng A., Xu J., Xia C., Li W., Zhang H. //Laser wakefield acceleration of electron beams beyond 1 GeV from an ablative capillary discharge waveguide Applied Physics Letters, 201 l.T. 99 C. 091502

13. Ju J., Svensson K., Ferrari H., Dopp A., Genoud G., Wojda F., Burza M., Persson A., Lundh O., Wahlstrom C.-G. //Study of electron acceleration and x-ray radiation as a function of plasma density in capillary-guided laser wakefield accelerators Physics of Plasmas (1994-present), 2013. T. 20 C. 083106

14. Desforges F., Hansson M., Ju J., Senje L., Audet T., Dobosz-Dufrenoy S., Persson A., Lundh O., Wahlstrom C.-G., Cros B. //Reproducibility of electron beams from laser wakefield acceleration in capillary tubes Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 2013. T. C.

15. Nakajima K., Kawakubo T., Nakanishi H., Ogata A., Kato Y., Kitagawa Y., Kodama R., Mima K., Shiraga H., Suzuki K. //A proof-of-

principle experiment of laser wakefield acceleration Physica Scripta, 1994. T.1994 C. 61

16. Mangles S.P.D., Genoud G., Bloom M.S., Burza M., Najmudin Z., Persson A., Svensson K., Thomas A.G.R., Wahlström C.G. //Self-injection threshold in self-guided laser wakefield accelerators Physical Review Special Topics - Accelerators and Beams, 2012. T. 15 C. 011302

17. Ma Y.Y., Kawata S., Yu T.P., Gu Y.Q., Sheng Z.M., Yu M.Y., Zhuo H.B., Liu H.J., Yin Y., Takahashi K., Xie X.Y., Liu J.X., Tian C.L., Shao

F.Q. //Electron bow-wave injection of electrons in laser-driven bubble acceleration Physical Review E, 2012. T. 85 C. 046403

18. Faure J., Rechatin C., Norlin A., Lifschitz A., Glinec Y., Malka V. //Controlled injection and acceleration of electrons in plasma wakefields by colliding laser pulses Nature, 2006. T. 444 C. 737

19. Xu H., Yu W., Lu P., Senecha V.K., He F., Shen B., Qian L., Li R., Xu Z. //Electron self-injection and acceleration driven by a tightly focused intense laser beam in an underdense plasma Physics of Plasmas, 2005. T. 12C. 013105

20. Pathak V.B., Vieira J., Fonseca R.A., Silva L.O. //Effect of the frequency chirp on laser wakefield acceleration New Journal of Physics, 2012. T. 14 C. 023057

21. Pollock B.B., Clayton C.E., Ralph J.E., Albert F., Davidson A., Divol L., Filip C., Glenzer S.H., Herpoldt K., Lu W., Marsh K.A., Meinecke J., Mori W.B., Pak A., Rensink T.C., Ross J.S., Shaw J., Tynan

G.R., Joshi C., Froula D.H. //Demonstration of a Narrow Energy Spread, ~0.5 GeV Electron Beam from a Two-Stage Laser Wakefield Accelerator Physical review letters, 2011. T. 107 C. 045001

22. Liu J.S., Xia C.Q., Wang W.T., Lu H.Y., Wang C., Deng A.H., Li W.T., Zhang H., Liang X.Y., Leng Y.X., Lu X.M., Wang C., Wang J.Z., Nakajima K., Li R.X., Xu Z.Z. //All-Optical Cascaded Laser Wakefield

Accelerator Using Ionization-Induced Injection Physical review letters, 2011. T. 107 C. 035001

23. Ho Y.C., Hung T.S., Yen C.P., Chen S.Y., Chu H.H., Lin J.Y., Wang J., Chou M.C. //Enhancement of injection and acceleration of electrons in a laser wakefield accelerator by using an argon-doped hydrogen gas jet and optically preformed plasma waveguide Physics of Plasmas, 2011. T. 18 C. 063102

24. Vieira J., Martins S.F., Pathak V.B., Fonseca R.A., Mori W.B., Silva L.O. //Magnetic Control of Particle Injection in Plasma Based Accelerators Physical review letters, 2011. T. 106 C. 225001

25. Geddes C., Nakamura K., Plateau G., Toth C., Cormier-Michel E., Esarey E., Schroeder C., Cary J., Leemans W. //Plasma-density-gradient injection of low absolute-momentum-spread electron bunches Physical review letters, 2008. T. 100 C. 215004

26. Burza M., Gonoskov A., Svensson K., Wojda F., Persson A., Hansson M., Genoud G., Marklund M., Wahlstrom C.-G., Lundh O. //Laser wakefield acceleration using wire produced double density ramps Physical Review Special Topics-Accelerators and Beams, 2013. T. 16 C. 011301

27. Vargas M., Schumaker W., He Z.-H., Zhao Z., Behm K., Chvykov V., Hou B., Krushelnick K., Maksimchuk A., Yanovsky V. //Improvements to laser wakefield accelerated electron beam stability, divergence, and energy spread using three-dimensional printed two-stage gas cell targets Applied Physics Letters, 2014. T. 104 C. 174103

28. Shen B., Li Y., Nemeth K., Shang H., Chae Y.-c., Soliday R., Crowell R., Frank E., Gropp W., Cary J. //Electron injection by a nanowire in the bubble regime Physics of Plasmas, 2007. T. 14 C. 053115

29. Brijesh P., Thaury C., Phuoc K.T., Corde S., Lambert G., Malka V., Mangles S., Bloom M., Kneip S. //Tuning the electron energy by

controlling the density perturbation position in laser plasma accelerators Physics of Plasmas (1994-present), 2012. T. 19 C. 063104

30. Gurevich A., Pariiskaya L., Pitaevskii L. //Self-similar motion of rarefied plasma Sov. Phys. JETP, 1966. T. 22 C. 454

31. Gurevich A., Anderson D., Wilhelmsson H. //Ion acceleration in an expanding rarefied plasma with non-Maxwellian electrons Physical Review Letters, 1979. T.42 C. 769

32. Daido H., Nishiuchi M., Pirozhkov A.S. //Review of laser-driven ion sources and their applications Reports on Progress in Physics, 2012. T. 75 C.056401

33. Fews A., Norreys P., Beg F., Bell A., Dangor A., Danson C., Lee P., Rose S. //Plasma ion emission from high intensity picosecond laser pulse interactions with solid targets Physical review letters, 1994. T. 73 C. 1801

34. Snavely R.A., Key M.H., Hatchett S.P., Cowan T.E., Roth M., Phillips T.W., Stoyer M.A., Henry E.A., Sangster T.C., Singh M.S., Wilks S.C., MacKinnon A., Offenberger A., Pennington D.M., Yasuike K., Langdon A.B., Lasinski B.F., Johnson J., Perry M.D., Campbell E.M. //Intense High-Energy Proton Beams from Petawatt-Laser Irradiation of Solids Physical Review Letters, 2000. T. 85 C. 2945

35. Hatchett S.P., Brown C.G., Cowan T.E., Henry E.A., Johnson J.S., Key M.H., Koch J.A., Langdon A.B., Lasinski B.F., Lee R.W., Mackinnon A.J., Pennington D.M., Perry M.D., Phillips T.W., Roth M., Sangster T.C., Singh M.S., Snavely R.A., Stoyer M.A., Wilks S.C., Yasuike K. //Electron, photon, and ion beams from the relativistic interaction of Petawatt laser pulses with solid targets Physics of Plasmas (1994-present), 2000. T. 7 C. 2076

36. Zigler A., Eisenman S., Botton M., Nahum E., Schleifer E., Baspaly A., Pomerantz I., Abicht F., Branzel J., Priebe G. //Enhanced Proton

Acceleration by an Ultrashort Laser Interaction with Structured Dynamic Plasma Targets Physical review letters, 2013. T. 110 C. 215004

37. Fukuda Y., Faenov A.Y., Tampo M., Pikuz T., Nakamura T., Kando M., Hayashi Y., Yogo A., Sakaki H., Kameshima T. //Energy increase in multi-MeV ion acceleration in the interaction of a short pulse laser with a cluster-gas target Physical review letters, 2009. T. 103 C. 165002

38. CHEN D.-P., Yin Y., GE Z.-Y., Xu H., ZHUO H.-B., MA Y.-Y., SHAO F.-Q., TIAN C.-L. //Collimation of laser-driven energetic protons in a capillary Journal of Plasma Physics, 2012. T. 78 C. 333

39. Lewenstein M., Balcou P., Ivanov M.Y., PHuillier A., Corkum P.B. //Theory of high-harmonic generation by low-frequency laser fields Physical Review A, 1994. T. 49 C. 2117

40. Sandberg R.L., Paul A., Raymondson D.A., Hadrich S., Gaudiosi D.M., Holtsnider J., Ra'anan I.T., Cohen O., Murnane M.M., Kapteyn H.C. //Lensless diffractive imaging using tabletop coherent high-harmonic soft-X-ray beams Physical review letters, 2007. T. 99 C. 098103

41. Wôrner H., Bertrand J., Fabre B., Higuet J., Ruf H., Dubrouil A., Patchkovskii S., Spanner M., Mairesse Y., Blanchet V. //Conical intersection dynamics in N02 probed by homodyne high-harmonic spectroscopy Science, 2011. T. 334 C. 208

42. Descamps D., Lyngâ C., Norin J., L'huillier A., Wahlstrôm C.-G., Hergott J.-F., Merdji H., Salières P., Bellini M., Ilansch T. //Extreme ultraviolet interferometry measurements with high-order harmonics Optics letters, 2000. T. 25 C. 135

43. Lambert G., Hara T., Garzella D., Tanikawa T., Labat M., Carre B., Kitamura H., Shintake T., Bougeard M., Inoue S. //Injection of harmonics generated in gas in a free-electron laser providing intense and coherent extreme-ultraviolet light Nature physics, 2008. T. 4 C. 296

44. Togashi T., Takahashi E.J., Midorikawa K., Aoyama M., Yamakawa K., Sato T., Iwasaki A., Owada S., Okino T., Yamanouchi K. //Extreme ultraviolet free electron laser seeded with high-order harmonic of Ti: sapphire laser Optics Express, 2011. T. 19 C. 317

45. r Ardana-Lamas F., Lambert G., Trisorio A., Vodungbo B., Malka V., Zeitoun P., Hauri C. //Spectral characterization of fully phase-matched high harmonics generated in a hollow waveguide for free-electron laser seeding New Journal of Physics, 2013. T. 15 C. 073040

46. L'Huillier A., Schafer K., Kulander K. //Higher-order harmonic generation in xenon at 1064 nm: The role of phase matching Physical review letters, 1991. T. 66 C. 2200

47. L'Huillier A., Li X., Lompre L. //Propagation effects in high-order harmonic generation in rare gases JOS A B, 1990. T. 7 C. 527

48. Durfee III C.G., Rundquist A.R., Backus S., Heme C., Murnane M.M., Kapteyn H.C. //Phase matching of high-order harmonics in hollow waveguides Physical Review Letters, 1999. T. 83 C. 2187

49. Goulielmakis E., Schultze M., Hofstetter M., Yakovlev V., Gagnon J., Uiberacker M., Aquila A., Gullikson E., Attwood D., Kienberger R. //Single-cycle nonlinear optics Science, 2008. T. 320 C. 1614

50. Babin A., Kartashov D., Kiselev A., Lozhkarev V., Stepanov A., Sergeev A. //Ionization spectrum broadening and frequency blue-shift of high-intensity femtosecond laser pulses in gas-filled capillary tubes Applied Physics B, 2002. T. 75 C. 509

51. Shin H.J., Lee D.G., Cha Y.H., Hong K.H., Nam C.H. //Generation of nonadiabatic blueshift of high harmonics in an intense femtosecond laser field Physical review letters, 1999. T. 83 C. 2544

52. Froud C.A., Rogers E.T., Hanna D.C., Brocklesby W.S., Praeger M., de Paula A.M., Baumberg J.J., Frey J.G. //Soft-x-ray wavelength shift

induced by ionization effects in a capillary Optics letters, 2006. T. 31 C. 374

53. Butcher Т., Anderson P., Chapman R., Horak P., Frey J.G., Brocklesby W. //Bright extreme-ultraviolet high-order-harmonic radiation from optimized pulse compression in short hollow waveguides Physical Review A, 2013. T. 87 C. 043822

54. Steingrube D., Schulz E., Binhammer Т., Gaarde M., Couairon A., Morgner U., Kovacev M. //High-order harmonic generation directly from a filament New Journal of Physics, 2011. T. 13 C. 043022

55. Бабин A.A., Киселев A.M., Сергеев A.M., Степанов A.H. //Тераваттный фемтосекундный титан-сапфировый лазерный комплекс Квантовая электроника, 2001. Т. 31 С. 623

56. Strickland D., Mourou G. //Compression of amplified chirped optical pulses Optics Communications, 1985. T. 55 C. 447

57. Spence D.E., Kean P.N., Sibbett W. //60-fsec pulse generation from a self-mode-locked Ti: sapphire laser Optics letters, 1991. T. 16 C. 42

58. Squier J., Harter D., Salin F., Mourou G. //100-fs pulse generation and amplification in Ti: Al< sub> 2</sub> 0< sub> 3</sub> Optics letters, 1991. T. 16 C. 324

59. Knox W.H. //Generation and kilohertz-rate amplification of

i

femtosecond optical pulses around 800 nm JOS A B, 1987. T. 4 C. 1771

60. Martinez O.E. //3000 times grating compressor with positive group velocity dispersion: Application to fiber compensation in 1.3-1.6 pm region Quantum Electronics, IEEE Journal of, 1987. T. 23 C. 59

61. Offner A. Unit power imaging catoptric anastigmat, Google Patents, (1973),

62. Cheriaux G., Walker В., Dimauro L., Rousseau P., Salin F., Chambaret J. //Aberration-free stretcher design for ultrashort-pulse amplification Optics letters, 1996. T. 21 C. 414

63. Yoon S., Palastro J., Milchberg H. //Quasi-Phase-Matched Laser Wakefield Acceleration Physical review letters, 2014. T. 112 C. 134803

64. Wood W.M., Siders C., Downer M. //Measurement of femtosecond ionization dynamics of atmospheric density gases by spectral blueshifting Physical review letters, 1991. T. 67 C. 3523

65. Wojda F., Cassou K., Genoud G., Burza M., Glinec Y., Lundh O., Persson A., Vieux G., Brunetti E., Shanks R.P., Jaroszynski D., Andreev N.E., Wahlstrom C.G., Cros B. //Laser-driven plasma waves in capillary tubes Physical Review E, 2009. T. 80 C. 066403

66. Cros B., Courtois C., Matthieussent G., Di Bernardo A., Batani D., Andreev N., Kuznetsov S. //Eigenmodes for capillary tubes with dielectric walls and ultraintense laser pulse guiding Physical Review E, 2002. T. 65 C.026405

67. Delone N.B., Krainov V.P. //Tunneling and barrier-suppression ionization of atoms and ions in a laser radiation field Physics-Uspekhi, 1998. T. 41 C. 469

68. Andreev N., Nishida Y., Yugami N. //Propagation of short intense laser pulses in gas-filled capillaries Physical Review E, 2002. T. 65 C. 056407

69. Ivanov K., Shulyapov S., Ksenofontov P., Tsymbalov I., Volkov R., Savel'ev A., Brantov A., Bychenkov V.Y., Turinge A., Lapik A. //Comparative study of amplified spontaneous emission and short pre-pulse impacts onto fast electron generation at sub-relativistic femtosecond laserplasma interaction Physics of Plasmas (1994-present), 2014. T. 21 C. 093110

70. Glinec Y., Faure J., Guemnie-Tafo A., Malka V., Monard H., Larbre J.P., De Waele V., Marignier J.L., Mostafavi M. //Absolute calibration for a broad range single shot electron spectrometer Review of Scientific Instruments, 2006. T. 77 C. 103301

71. Berger M. //Stopping-power and range tables for electrons, protons, and helium ions 1999. Т. C.

72. http://wmv.ee.ucl.ac.uk/~mflanaga/java/

73. Pukhov A. //Three-dimensional electromagnetic relativistic particle-in-cell code VLPL (Virtual Laser Plasma Lab) Journal of Plasma Physics, 1999. T.61 C. 425

74. Андреев H.E., Чеготов M.B., Погосова A.A. //Ионизационная фокусировка короткого интенсивного лазерного импульса и генерация кильватерных плазменных волн ЖЭТФ, 2003. Т. 123 С. 1006

75. Буланов С.В., Иновенков И.Н., Наумова Н.М., Сахаров А.С. Физика плазмы, 1990. Т. 16 С. 764

76. Rogers Е.Т., Stebbings S.L., de Paula A.M., Froud C.A., Praeger M., Mills В., Grant-Jacob J., Brocklesby W.S., Frey J.G. //Spatiotemporal phase-matching in capillary high-harmonic generation JOS A B, 2012. T. 29 C. 806

77. Marcatili E., Schmeltzer R. //Hollow metallic and dielectric waveguides for long distance optical transmission and lasers Bell System Technical Journal, 1964. T. 43 C. 1783

78. Andreev N., Cros В., Gorbunov L., Matthieussent G., Mora P., Ramazashvili R. //Laser wakefield structure in a plasma column created in capillary tubes Physics of Plasmas (1994-present), 2002. T. 9 C. 3999

79. Andreev N., Cassou K., Wojda F., Genoud G., Burza M., Lundh O., Persson A., Cros В., Fortov V., Wahlstrom C. //Analysis of laser wakefield dynamics in capillary tubes New Journal of Physics, 2010. T. 12 C. 045024

80. Eremin V., Malkov Y., Korolikhin V., Kiselev A., Skobelev S., Stepanov A., Andreev N. //Study of the plasma wave excited by intense femtosecond laser pulses in a dielectric capillary Physics of Plasmas (1994-present), 2012. T. 19 C. 093121

(

81. Janesick J.R. Scientific charge-coupled devices, SPIE press Bellingham, WA, 117, (2001),

82. Stearns D., Wiedwald J. //Response of charge-coupled devices to direct electron bombardment Review of scientific instruments, 1989. T. 60 C.1095

83. McCarthy K.J., Owens A., Wells A., Hajdas W., Mattenberger F., Zehnder A. //Measured and modelled CCD response to protons in the energy range 50 to 300 MeV Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 1995. T. 361 C. 586

84. Lomheim T., Shima R., Angione J., Woodward W., Asman D., Keller R., Schumann L. //Imaging charge-coupled device (CCD) transient response to 17 and 50 MeV proton and heavy-ion irradiation Nuclear Science, IEEE Transactions on, 1990. T. 37 C. 1876

85. Damerell C. //Charge-coupled devices as particle tracking detectors Review of scientific instruments, 1998. T. 69 C. 1549

86. Ziegler J.F., Ziegler M., Biersack J. //SRIM-The stopping and range of ions in matter (2010) Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 2010. T. 268 C. 1818

87. Mora P. //Thin-foil expansion into a vacuum Physical Review E, 2005. T. 72 C. 056401

88. Stolterfoht N., Bremer J.-H., Hoffmann V., Hellhammer R., Fink D., Petrov A., Sulik B. //Transmission of 3 keV NeA{7+} Ions through Nanocapillaries Etched in Polymer Foils: Evidence for Capillary Guiding Physical review letters, 2002. T. 88 C. 133201

89. Dassanayake B., Das S., Bereczky R., Tôkési K., Tanis J. //Energy dependence of electron transmission through a single glass macrocapillary Physical Review A, 2010. T. 81 C. 020701