Space- and polarization-resolved investigations of rear side optical radiation from high-intensity laser-solid interaction

Thin aluminum foils (0.4-8µm) have been irradiated by laser pulses at relativistic intensities. Hot electrons, which are periodically accelerated in the laser field at the foil front side, emit coherent optical radiation (COR) at the foil rear side. COR has been investigated spaceand polarization-resolved to study hot electron transport through dense matter. This is important for further progress in laser-driven ion acceleration and fast ignition inertial confinement fusion. The COR’s source size increased from 1.2 µm to 2.3 µm with foil thickness. This is significantly smaller than the laser focal width of 4µm and therefore indicates that pinching or filamentation influenced the propagation of the diverging hot electron current. The strong increase of the COR energy at the laser wavelength λ = 1030nm and λ/2 with laser intensity IL has been explained by considering an intensity dependent hot electron number N and temperature Th in a coherent transition radiation (CTR) model. Fitting this CTR model to the experimental data allowed to determine Th which increases with IL but slower than expected. The CTR model fits also showed that ≈ 40% of the hot electrons have been accelerated at the laser frequency ω and ' 60% at L, without significant changes with IL. Hence, hole boring must have deformed the plasma surface. The COR’s polarization, measured at L, shows strong spatial changes along the COR emission region and varies with IL, foil thickness and the COR’s source size at the foil rear surface.

Dünne Aluminiumfolien (0.4 − 8µm) wurden mit Laserpulsen bei relativistischen Intensitäten bestrahlt. Heiße Elektronen, welche periodisch im Laserfeld an der Folienvorderseite beschleunigt werden, emittieren kohärente optische Strahlung (COR) an der Folienrückseite. COR wurde orts- und polarisationsaufgelöst untersucht um den Transport heißer Elektronen durch dichte Materie zu untersuchen. Dies ist wichtig für weitere Fortschritte in lasergetriebener Ionenbeschleunigung und schnellzündender Trägheitsfusion ist. Die Quellgröße der COR nimmt von 1.2 µm zu 2.3 µm mit der Foliendicke zu. Dies ist signifikant kleiner als die Laserfokusgröße von 4 µm und deuted daher darauf hin, dass Einschnürung oder Filamentierung die Propagation des divergierenden heißen Elektronenstroms beeinflussen. Der starke Anstieg der emittierten COR Energie bei der Laserwellenlänge λL = 1030nm und λL/2 mit der Laserintensität IL wurde durch Verwendung einer intensitätsabhängigen Anzahl N und Temperatur Th der heißen Elektronen in einem Modell für kohärente Übergangsstrahlung (CTR) erklärt. Das fitten dieses CTR Modells an die experimentellen Daten erlaubte die Temperatur der heißen Elektronen zu bestimmen, welche mit der Laserintensität IL ansteigt, jedoch langsamer als erwartet. Außerdem zeigen die CTR Modell-Fits, dass ' 40% der heißen Elektronenpakete bei der Laserfrequenz ωL und ' 60% bei 2ωL erzeugt wurden, ohne signifikante Änderungen mit IL. Daher muss die Plasmaoberfläche durch Lochbohrung deformiert worden sein. Die Polarisation der COR, gemessen bei 2ωL, zeigt starke räumliche Unterschiede entlang der COR Emissionsregion und variiert mit Laserintensität, Foliendicke und Quellgröße der COR auf der Folienrückseite.

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