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Rozprawy doktorskie na temat „Laser plaama”
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McKenna, RossAllan D. "A study of laser plasma interactions in a cylindrical cavity". Thesis, University of British Columbia, 1990. http://hdl.handle.net/2429/29588.
Pełny tekst źródłaStreszczenie:
A CO₂ laser system delivering a 12 J pulse with a FWHM of 2 ns on target was developed to serve as a driver for studies of laser plasma interactions within a cylindrical cavity. The system consisted of a hybrid oscillator, followed by an amplifier chain, and it achieved its design goals of delivering an intense CO₂ pulse, Gaussian in time and space, with a high contrast ratio on a reliable basis.
The targets in which the plasma was produced consisted of small rectangular plates of lucite, with holes drilled through one of the long axes. The holes were 350 μm to 600 μm in diameter, and 10 mm in length. These dimensions allowed the laser beam, focused at the entrance of the hole, to produce sufficient intensity on the inner walls of the cylindrical cavity for plasma formation, while allowing the beam, with a waist diameter of 100 μm at the focus to deliver most of its energy within the cavity. The beam propagated via multiple reflections from the plasma through the cavity.
Diagnostics were performed on the beam transmitted through the target. Streak camera
images were collected of the intensity of visible emission from the plasma along the axis of the target. Anomalous results were obtained with respect to the reproducible observation
of maximum visible light emission from regions at the far end cavity from where the laser beam is injected. Another unforseen but interesting result was the small divergence
of the beam transmitted through the cavity. Preliminary models were developed to attempt to explain the observations.Science, Faculty of
Physics and Astronomy, Department of
Graduate
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Maitrallain, Antoine. "Accélération laser-plasma : mise en forme de faisceaux d’électrons pour les applications". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS314/document.
Pełny tekst źródłaStreszczenie:
L'accélération laser plasma (ALP) est le produit de l'interaction non linéaire entre un faisceau laser intense (≈10¹⁸ W/cm²) et une cible gazeuse. Sous certaines conditions, l’onde plasma générée peut piéger et accélérer des électrons jusqu’à des énergies très importantes grâce à des champs accélérateurs élevés (≈ 50 GV/m). Ce processus très prometteur fait l'objet de nombreux travaux au sein de la communauté, qui, après avoir identifié les mécanismes de base, cherche aujourd’hui à améliorer les propriétés de la source (énergie, divergence, reproductibilité...).Les applications de ces faisceaux d'électrons issus de sources ultra-compactes sont variées. Parmi celles-ci, la physique des hautes énergies pour laquelle a été conçu le schéma d'accélération multi-étages. Il s’agit d’un concept basé sur la succession d’étages accélérateurs pour répondre à la problématique de l’augmentation de la longueur d’accélération en vue d’augmenter l’énergie des électrons. Dans sa version de base, un premier étage (injecteur) fournit un faisceau d'électrons d'énergie modérée doté d’une charge très importante. Ce faisceau est alors accéléré vers de plus hautes énergies dans un second étage appelé accélérateur. Cette thèse s'inscrit dans une série de travaux préliminaires aux expériences d'accélération laser-plasma double étages prévues sur la plateforme expérimentale CILEX autour du laser APOLLON 10 PW.Dans ce cadre, une nouvelle cible a été conçue et caractérisée avec le laser UHI100. Les propriétés du faisceau d'électrons ont ensuite été modifiées par mise en forme optique du faisceau laser produisant l'onde de plasma, ainsi que par mise en forme magnétique.Ce dernier dispositif nous a permis de pouvoir utiliser la source pour une application visant à mettre au point un système de dosimétrie adapté au fort débit de dose associé aux électrons issus de l'ALPLaser plasma acceleration (LPA) comes from the nonlinear interaction between an intense laser beam (≈10¹⁸ W/cm²) and a gas target. The plasma wave which is generated can, trap and accelerate electrons to very high energies due to large accelerating fields (≈ 50 GV/m). Numerous studies have been done on this promising process among our scientific community aiming at understanding the basic mechanisms involved. As a second step, we now try tries to improve the properties of the source (energy, divergence, reproducibility…).Such ultra-compact electronic sources can be used for various applications. Among them, high energy physics for which a specific scheme was designed, based on the multi-stage acceleration. The scheme relies on the addition of successive accelerating modules to increase the effective accelerating length and therefore the final electron energy. In its basic version, a first stage (injector) delivers an electron beam at moderate energy including a high charge. This beam is then further accelerated to high energy through a second stage (accelerator). This thesis is part of preliminary studies performed to prepare the future 2-stages laser plasma accelerator that will be developed on platform CILEX with APOLLON 10 PW laser.In this context, a new target has been designed and characterized with the UHI100 laser. Then the electron beam properties have been adjusted by optical shaping of the laser generating the plasma wave, and also by magnetic shaping.The electron beam, magnetically shaped, has been used for a specific application devoted to the set-up of a new dosimetric diagnostic, dedicated to the measurement of high dose rate delivered by these electrons from LPA
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Dyson, Anthony Edmund. "Measurements on under-dense plasmas with intense lasers and experiments on the laser-plasma beat wave". Thesis, Imperial College London, 1989. http://hdl.handle.net/10044/1/47418.
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Lui, Siu Lung. "Spectrochemical analysis of solid samples using resonance-enhanced laser-induced plasma spectroscopy". HKBU Institutional Repository, 2005. http://repository.hkbu.edu.hk/etd_ra/620.
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El-Rabii, Hazem. "Etude à l'allumage par laser de mélanges en phases liquides dispersées et gazeuses". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2004. http://www.theses.fr/2004ECAP0959.
Pełny tekst źródłaStreszczenie:
L'étude de l'allumage d'un mélange gazeux combustible/comburant est d'un intérêt fondamental et d'une importance cruciale dans les moteurs à combustion interne et dans les turbines à gaz. Une nouvelle méthode d'allumage, récemment utilisée, consiste à créer une étincelle par focalisation d'un faisceau laser. 'Objectif du présent travail est d'effectuer une étude paramétrique de ce mode d'allumage pour des mélanges en phases liquides dispersées et gazeuses, ainsi que d'apporter une contribution à la compréhension des phénomènes physiques liés au claquage optique, aussi bien dans l'air que dans les mélanges inflammables. Les plasmas rencontrés sont caractérisés, en termes de concentrations et de températures électroniques, avant d'aborder l'étude paramétrique du claquage dans l'air et de l'allumage des mélanges gazeux et diphasiques inflammables. L'importance de la dynamique induite par l'étincelle laser sur l'évolution de la structure et de la forme du noyau d'allumage est considérée. Le rôle des aberrations, et en particulier de l'aberration sphérique, est soigneusement étudié du point de vue théorique. Des conclusions importantes sur l'interprétation des résultats expérimentaux sont dégagées. La détermination des seuils de claquage, ainsi que l'identification des processus déterminants, sont analysés à la lumière d'un modèle basé sur la détermination de l'évolution de la concentration d'électrons libres dans le volume focal. Finalement, la faisabilité de l'allumage laser à la sortie d'un injecteur prévaporisé, prémélangé en régime pauvre est démontrée.
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Mollica, Florian. "Interaction laser-plasma ultra-intense à densité proche-critique pour l'accélération d'ions". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLX058/document.
Pełny tekst źródłaStreszczenie:
L'interaction d'un laser ultra-intense et ultra-court avec la matière donne naissance à une grande variété de processus issus du couplage des ondes électromagnétiques associées au laser avec les modes du plasma. Ce couplage hautement non-linéaire excite des phénomènes plasmas collectifs capables de produire des champs intenses pouvant atteindre le TV/m. Ces champs ouvrent la possibilité de réaliser des accélérateurs de particules compacts, aussi bien d'électrons que d'ions. Des sources laser-plasma d'ions de plusieurs dizaines de MeV ont été démontré au début des années 2000 et de nombreux mécanismes ont été suggérés depuis afin d'en améliorer les propriétés. Historiquement, les sources d'ions par laser ont été obtenues à partir de cibles solides dîtes sur-denses. L’innovation sur les cibles a été un moteur majeur de l’amélioration de ces sources. Dans la continuité de cette dynamique, l’utilisation de cibles gazeuses a été proposé afin d’alléger les contraintes de contraste laser et de taux de répétition. De récentes démonstrations expérimentales sont venus renforcer l’intérêt pour ces cibles, dîtes sous-denses ou proche critiques, dont la valeur est propice à la propagation, à l’absorption du laser et à la création de structures accélératrices que sont les chocs plasmas et les vortex magnétiques. Les travaux présentés dans cette thèse constituent une exploration expérimentale des paramètres plasmas nécessaires à l’accélération d’ions dans des cibles gazeuses de densité proche-critique. Pour la première fois ces régimes sont explorés avec un laser ultra-intense femtoseconde de 150TW. Une partie des travaux a été consacrée à la réalisation d’une cible innovante, adaptée aux contraintes de densité et de gradients plasma requises par ces régimes. Suivent, les travaux expérimentaux décrivant la propagation du laser et l’accélération d’électrons dans des cibles proche-critiques. Enfin une dernière partie décrit la production d’un faisceau d’atome issue d’une source d’ion laserInteraction of ultra-intense, ultra-short laser with matter gives rise to a wealth of phenomena, due to the coupling between the electromagnetic field and the plasma. The non-linear coupling excites collective plasma processes able to sustain intense electric fields up to 1TV/m. This property spurred early interest in laser accelerator as compact, next-generation source of accelerated electrons and ions. Laser-driven ion source of several MeV was demonstrated in early 2000 an various mechanisms had been suggest to improve the their properties. These first ion sources have been obtained on solid targets, called “overdense”. Target innovation has driven the improvement of these sources. In the continuity of this dynamic, new gaseous targets had been proposed in order to relax the constraints that solid targets impose on laser contrast and repetition rate. Recent experimental demonstrations of monoenergetic ion acceleration in gas renew the interest in such targets, called under-dense or near-critical because of their intermediate densities. At near-critical density the laser can propagate, but undergoes significant absorbtion, giving rise to the accelerating structures of plasma shocks and magnetic vortex.The work presented in this thesis is an experimental exploration of the plasma conditions required to drive ion acceleration in gaseous near-critical target. For the first time, these regimes are explored with an ultra-intense, femtosecond laser of 150TW. A part of this work has been dedicated to the design of an innovative gas target, suited for plasma density and gradient constraints set by these regimes. Then the experimental works describe laser propagation and electron acceleration in near-critical targets. Finally the last part report the efficient production of an atomic beam from a laser-driven ion source
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Holden, Philip Bernard. "Numerical modelling of laser produced plasmas as XUV lasers". Thesis, University of York, 1991. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.292556.
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Carrer, Eric. "Etude expérimentale de l'influence d'une couverture gazeuse sur les plasmas créés lors du soudage par laser". Aix-Marseille 2, 1986. http://www.theses.fr/1986AIX22011.
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Mesures destinees a definir les caracteristiques de la couverture gazeuse protectrice employee lors du soudage par laser, a etudier les plasmas crees dans l'interaction et a comprendre l'influence de la couverture gazeuse sur ces derniers
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Grimes, Mikal Keola. "Vacuum heating absorption and expansion of solid surfaces induced by intense femtosecond laser irradiation /". Digital version accessible at:, 1998. http://wwwlib.umi.com/cr/utexas/main.
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Ng, Lun Chiu. "Spatial and temporal probing of particle density in UV laser generated plasma and high pressure TE discharge plasma". HKBU Institutional Repository, 1994. http://repository.hkbu.edu.hk/etd_ra/11.
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Winters, Caroline. "Laser Diagnostics of Reacting Molecular Plasmas for Plasma Assisted Combustion Applications". The Ohio State University, 2017. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=osu1503306596261748.
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Chan, Sui Yan. "Resonance-enhanced laser-induced plasma spectroscopy for elemental analysis". HKBU Institutional Repository, 1999. http://repository.hkbu.edu.hk/etd_ra/184.
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Soubacq, Stéphane. "Etude de la détente dynamique d'un plasma laser. : Influence du champ effectif laser". Pau, 2003. http://www.theses.fr/2003PAUU3022.
Pełny tekst źródłaStreszczenie:
Le premier objectif de cette thèse était d'analyser le claquage d'un intervalle d'air soumis à une haute tension et irradié par un laser Nd:YAG. Des mesures expérimentales des seuils de claquage montrent une dépendance envers la pression du gaz. L'introduction du champ effectif laser sur le temps de retard au claquage permet de rendre compte des mesures expérimentales. Le deuxième objectif comportait une modélisation du claquage optique du gaz. Pour la phase de préionisation on a simulé l'évolution de la densité et de la température électronique (ne1019cm-3, Te4×104K). La phase dynamique a été modélisée à l'aide d'un code aérodynamique 2D. Les résultats numériques concernant uniquement les neutres à l'ETL, décrivent correctement les phénomènes physiques (distribution ellipsoi͏̈dale, u104m/s, ne1018cm-3, T105K). Des mesures de vitesse d'expansion du plasma, ainsi que de densité électronique mesurée par interférométrie laser ont été réalisées et comparées aux résultats numériquesThe first objective of this thesis was to analyze the breakdown of an air gap subjected to an high voltage and irradiated by a Nd:YAG laser. Experimental measurements of the breakdown thresholds show a dependence on the gas pressure. The introduction of the effective laser field on the time lag to breakdown allows to render an account of the experimental measurements. The second objective concerned a modeling of the optical gas breakdown. For the preionization phase, we simulated the evolution of the electronic density and temperature (ne1019cm-3, Te4×104K). The dynamic phase was modelized using a 2D aerodynamic code. The numerical results relating to only the neutrals at the LTE, describe the physical phenomena correctly (ellipsoidal shape, u104m/s, ne1018cm-3, T105K). Measurements of plasma expansion velocity, as well as electronic density measured by laser interferometry were carried out and compared with the numerical results
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Depresseux, Adrien. "Development of an ultrashort and intense collisional OFI plasma-based soft X-ray laser". Palaiseau, Ecole polytechnique, 2015. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01233246/document.
Pełny tekst źródłaStreszczenie:
Collisionally-pumped “OFI” plasma-based soft X-ray lasers are achieved by focusing an ultra-intense infrared laser pulse into a gas. The resulting laser-plasma interaction allows the generation of a plasma column in population inversion, made of multi-charged ions and energetic electrons. We are interested in the emission from the 3d94dJ=0 → 3d94pJ=1 atomic transition of krypton IX (Nickel-like) at 32. 8 nm. When this plasma is seeded by an external high-harmonic source, the resulting emission exhibits excellent spatial properties, while demonstrating a significantly higher photon yield at the relevant wavelength. Although being compact and exhibiting numerous attractive characteristics, collisional plasma-based X-ray lasers face limitations intrinsic to their pumping scheme. Indeed, they used to deliver quite long pulses (a few picosecond), thus limiting the scope of applications. The main focus of this thesis has been associated with the implementation of an original technique aimed at achieving 100 fs-range duration of emission by quenching the plasma amplifier gain lifetime through collisional over-ionization (Collisional Ionization Gating). This required operating at very high electron densities (about 1020 cm-3), which involved the implementation of optical waveguiding techniques. The “seeded regime” has been used to sample the ultrafast gain lifetime of such a plasma amplifier. A time-dependent Maxwell-Bloch code allowed describing the ultrashort amplification dynamics and deriving a final soft X-ray pulse duration. The method additionally allows a larger photon yield per shot (14 µJ), thus promising a nearly three orders of magnitude surge in soft X-ray pulse intensity compared to previous performances. Another important focus of this thesis dealt with the implementation of a circularly polarized plasma-based X-ray laser. Such source allows the study of dichroism, magnetization dynamics in matter or chiral domains in biology. The source has been demonstrated by seeding a krypton IX plasma amplifier with a resonant circularly polarized high-harmonic signal. In agreement with experimental measurements, our Maxwell-Bloch numerical model confirms the conservation of the high-harmonic polarization over amplification in the plasma and the efficiency of the scheme, which paves the way for prospective single-shot measurements.
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Campos, Delton de Oliveira. "Plasma produzido por laser em um sólido de nióbio e estudo de suas propriedades". [s.n.], 1986. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/277962.
Pełny tekst źródłaStreszczenie:
Orientador: Helmut Karl BockelmannDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin
Made available in DSpace on 2018-09-26T18:12:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Campos_DeltondeOliveira_M.pdf: 1207997 bytes, checksum: 40c7711566b401302a15aee06044ac0a (MD5) Previous issue date: 1986
Resumo: Montamos um sistema para produção de plasma a partir da incidência da luz de um laser na superfície de um material sólido em alto vácuo. Utilizando um cristal de Nióbio, estudamos o plasma formado quando incidimos um pulso de um laser de rubi (13OMW, 5Ons) em sua superfície plana com incidência de 35 graus com relação à normal. As técnicas experimentais que utilizamos se basearam em: I - Espectroscopia no Visível a) Registro e análise do espectro do plasma utilizando filme fotográfico e um analisador óptlco de multicanais (OMA) acoplados a um espectrômetro, o que permitiu a identificação de algumas linhas do espectro e determinação da temperatura do plasma em expansão. b) Estudo da evolução temporal de uma linha do espectro, permitindo a determinação da velocidade de expansão do plasma. II - Observações com uma câmera conversora de imagens (IMACON), que é uma câmera que registra eventos luminosos em intervalos de tempo ultracurtos. III - Observação da forma e medida da área das "crateras" formadas na superfície do cristal, devido à incidência do laser, por microscopia eletrônica
Abstract: Not informed
Mestrado
Física
Mestre em Física
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Déchard, Jérémy. "Sources térahertz produites par des impulsions laser ultra-intenses". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS358/document.
Pełny tekst źródłaStreszczenie:
Les impulsions laser femtosecondes produisent des phénomènes non linéaires extrêmes dans la matière, conduisant à une forte émission de rayonnement secondaire qui couvre un domaine en fréquence allant du terahertz (THz) aux rayons X et gamma. De nombreuses applications utilisent la bande de fréquences terahertz (0.1-100 THz) afin de sonder la matière (spectroscopie, médecine, science des matériaux). Ce travail est dédié à l'étude théorique et numérique du rayonnement THz généré par interaction laser-plasma. Comparé aux techniques conventionnelles, ces impulsions laser permettent de créer des sources THz particulièrement énergétiques et à large bande. Notre objectif a donc été d'étudier ces régimes d'interaction relativiste, encore peu explorés, afin d'optimiser l'efficacité de conversion du laser vers les fréquences THz. L'étude de l'interaction laser-gaz en régime classique nous permet, d'abord, de valider un modèle de propagation unidirectionnelle prenant en compte la génération d'impulsion THz et de le comparer à la solution exacte des équations de Maxwell. Ensuite, en augmentant l'intensité laser au-delà du seuil relativiste, nous simulons à l'aide d'un code PIC une onde plasma non linéaire dans le sillage du laser, accélérant ainsi des électrons à plusieurs centaines de MeV. Nous montrons que le mécanisme standard des photocourrants est dominé par le rayonnement de transition cohérent induit par les électrons accélérés dans l'onde de sillage. La robustesse de ce rayonnement est ensuite observée grâce à une étude paramétrique faisant varier la densité du plasma sur plusieurs ordres de grandeur. Nous démontrons également la pertinence des grandes longueurs d'ondes laser qui sont à même de déclencher une forte pression d'ionisation, ce qui augmente la force pondéromotrice du laser. Enfin, les rayonnements THz émis à partir d'interactions laser-solide sont examinés dans le contexte de cibles ultra fine, mettant en lumière les différents processus impliquésFemtosecond laser pulses trigger extreme nonlinear events inmatter, leading to intense secondary radiations spanning the frequency rangesfrom terahertz (THz) to X and gamma-rays.This work is dedicated to the theoretical and numerical study of THz radiationgenerated by laser-driven plasmas. Despite the inherent difficulty in accessingthe THz spectral window (0.1-100 THz), many coming applications use theability of THz frequencies to probe matter (spectroscopy, medicine, materialscience). Laser-driven THz sources appear well-suited to provide simultaneouslyan energetic and broadband signal compared to other conventional devices. Ourgoal is to investigate previously little explored interaction regimes in orderto optimize the laser-to-THz conversion efficiency.Starting from classical interactions in gases, we validate a unidirectionalpropagation model accounting for THz pulse generation, which we compare to theexact solution of Maxwell's equations. We next increase the laser intensityabove the relativistic threshold in order to trigger a nonlinear plasma wave inthe laser wake, accelerating electrons to a few hundreds of MeV. We show thatthe standard photocurrent mechanisms is overtaken by coherent transitionradiation induced by wakefield-accelerated electron bunch. Next, successivestudies reveal the robustness of this latter process over a wide range of plasmaparameters. We also demonstrate the relevance of long laser wavelengths inaugmenting THz pulse generation through the ionization-induced pressure thatincreases the laser ponderomotive force. Finally, THz emission from laser-solidinteraction is examined in the context of ultra-thin targets, shedding light onthe different processes involved
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Audet, Thomas. "Développement d'un injecteur pour l'accélération laser plasma multi-étages". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS424/document.
Pełny tekst źródłaStreszczenie:
L’accélération laser plasma (ALP) est un mécanisme d’accélération de particules reposant sur l’interaction d’impulsions laser ultra-intenses, de l’ordre de quelques 10^{18} W/cm², avec un plasma. L’onde plasma générée dans le sillage de l’impulsion laser est associée à des champs électriques de grande amplitude (1 − 100 GV/m). Ces champs électriques de trois ordres de grandeurs supérieurs aux champs maximums supportés dans les cavités radiofréquences des accélérateurs conventionnels constituent le principal point fort de l’ALP, permettant d’envisager des accélérateurs de particules plus compacts. Un important travail pour améliorer les propriétés des paquets d’électrons générés par ALP, leur stabilité et la cadence de tir est cependant nécessaire pour rendre l’ALP compétitive en termes d’applications.Un moyen d’améliorer les propriétés des faisceaux d’électrons consiste à les accélérer dans un régime faiblement non linéaire en plusieurs étapes successives : l’ALP multi-étages. La source laser-plasma d’électrons, ou injecteur, doit générer des paquets d’électrons d’énergie modeste (50 − 100 MeV), de charge la plus importante possible, de faible dimension et de faible divergence. Les électrons doivent alors être injectés dans un second étage purement accélérateur dont l’objectif est d’augmenter leur énergie cinétique.L’objet de cette thèse est le développement d’un injecteur laser plasma pour l’ALP multi-étages. Dans le cadre d’une collaboration autour de l’equipex CILEX et du programme d’ALP à deux étages, un prototype d’injecteur a été construit, ELISA, reposant sur une cellule de gaz de longueur variable. La densité électronique du plasma, qui est un paramètre crucial pour le contrôle du faisceau d’électrons, a été caractérisée à la fois expérimentalement et numériquement. ELISA a été utilisée sur deux installations laser différentes, et les mécanismes physiques déterminant les paramètres des paquets d’électrons produits par ELISA ont été étudiés en fonction des nombreux paramètres expérimentaux. Une gamme de paramètres pertinents pour un injecteur laser plasma a été déterminée.Une ligne de transport et diagnostic magnétique a également été construite, implantée et testée sur l’installation UHI100 du CEA Saclay, permettant à la fois de caractériser plus finement les propriétés des paquets d’électrons générés par ELISA, mais aussi d’évaluer la qualité des paquets d’électrons transportés pour l’injection dans un second étageLaser wakefield acceleration (LWFA) is a particle acceleration process relying on the interaction between high intensity laser pulses, of the order of 10^{18} W/cm² and a plasma. The plasma wave generated in the laser wake sustain high amplitude electric fields (1-100 GV/m). Those electric fields are three orders of magnitude higher than maximum electric fields in radio frequency cavities and represent the main benefit of LWFA, allowing more compact acceleration. However improvements of the LWFA-produced electron bunches properties, stability and repetition rate are mandatory for LWFA to be usable for applications.A scheme to improve electron bunches properties and to potentially increase the repetition rate is multi-stage LWFA. The laser plasma electron source, called the injector, has to produce relatively low energy (50-100 MeV), but high charge, small size and low divergence electron bunches. Produced electron bunches then have to be transported and injected into a second stage to increase electron kinetic energy.The subject of this thesis is to study and design a laser wakefield electron injector for multi-stage LWFA. In the frame of CILEX and the two-stages LWFA program, a prototype of the injector was built : ELISA consisting in a variable length gas cell. The plasma electronic density, which is a critical parameter for the control of the electron bunches properties, was characterized both experimentally and numerically. ELISA was used at two different laser facilities and physical mechanisms linked to electron bunches properties were studied in function of experimental parameters. A range of experimental parameters suitable for an laser wakefield injector was determined.A magnetic transport and diagnostic line was also built, implemented and tested at the UHI100 laser facility of the CEA Saclay. It allowed a more precise characterization of electron bunches generated with ELISA as well as an estimation of the quality of transported electron bunches for their injection in a second laser wakefield stage
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Zemzemi, Imene. "High-performance computing and numerical simulation for laser wakefield acceleration with realistic laser profiles". Thesis, Institut polytechnique de Paris, 2020. http://www.theses.fr/2020IPPAX111.
Pełny tekst źródłaStreszczenie:
Le développement des lasers ultra-courts à de hautes intensités a permis l’émergence de nouveaux domaines de recherche en relation avec l’interaction laser-plasma. En particulier, les lasers petawatt femtoseconde ont ouvert la voie vers la possibilité de concevoir une nouvelle génération d’accélérateurs de particules. La modélisation numérique a largement contribué à l’essor de ce domaine d’accélération des électrons par sillage laser. Dans ce contexte, les codes Particle-In-Cell sont les plus répandus dans la communauté. Ils permettent une description fiable de l’interaction laser plasma et surtout de l’accélération par sillage laser.Cependant, une modélisation précise de la physique en jeu nécessite de recourir à des simulations 3D particulièrement coûteuses. Une manière pour accélérer efficacement ce type de simulations est l’utilisation de modèles réduits qui, tout en assurant un gain en temps de calcul très important, garantissent une modélisation fiable du problème. Parmi ces modèles, la décomposition des champs en modes de Fourier dans la direction azimutale est particulièrement adaptée à l’accélération laser plasma.Dans le cadre de ma thèse, j’ai implémenté ce modèle dans le code open-source SMILEI, dans un premier temps, avec un schéma différences finies (FDTD) pour discrétiser les équations de Maxwell. Néanmoins, ce type de solveur peut induire un effet de Cherenkov numérique qui corrompt les résultats de la simulation. Pour mitiger cet artéfact, j’ai également implémenté une version pseudo-spectrale du solveur de Maxwell qui présente de nombreux avantages en termes de précision numérique.Cette méthode est ensuite mise en oeuvre pour étudier l’impact de profils de lasers réalistes sur la qualité du faisceau d’électrons en exploitant des mesures réalisées sur le laser Apollon. Sa capacité à modéliser correctement les processus physiques présents est analysée en déterminant le nombre de modes nécessaires et en comparant les résultats avec ceux issus des simulations 3D en géométrie Cartésienne. Cette étude montre qu’inclure les défauts du laser mène à des différences dans les résultats et que ces derniers dégradent la performance des accélérateurs-laser plasma notamment en termes de quantité de charge injectée. Ces simulations, instructives pour les futures expériences d’accélération d’électrons par le laser Apollon, mettent en avant la nécessité d’inclure les mesures expérimentales dans la simulation et particulièrement celle du front de phase, pour aboutir à des résultats précisThe advent of ultra-short high-intensity lasers has paved the way to new and promising, yet challenging, areas of research in laser-plasma interaction physics. The success of building petawatt femtosecond lasers offers a promising path for designing future particle accelerators and light sources.Achieving this goal intrinsically relies on the combination of experiments and numerical modeling. So far, Particle-In-Cell (PIC) codes have been the ultimate tool to accurately describe the laser-plasma interaction especially in the field of Laser WakeField Acceleration (LWFA). Nevertheless, the numerical modeling of laser-plasma accelerators in 3D can be a very challenging task due to their high computational cost.A useful approach to speed up such simulations consists of employing reduced numerical modes which simplify the problem while retaining a high fidelity.Among these models, Fourier field decomposition in azimuthal modes for the cylindrical geometry is particularly well suited for physical problems with close to cylindrical symmetry, which is the case in LWFA.During my Ph.D., I first implemented this method in the open-source code SMILEI in the Finite Difference Time Domain (FDTD) discretization scheme for the Maxwell solver. However, this kind of solvers may suffer from numerical Cherenkov radiation (NCR). To mitigate this artifact, I also implemented Maxwell’s solver in the Pseudo Spectral Analytical Domain (PSATD) scheme which offers better accuracy of the results.This method is then employed to study the impact of realistic laser profiles from the Apollon facility on the quality of the accelerated electron beam. Its ability to correctly model the involved physical processes is investigated by determining the optimal number of modes and benchmarking its results with full 3D Cartesian simulations. It is shown that the imperfections in the laser pulse lead to differences in the results compared to theoretical profiles. They degrade the performance of laser-plasma accelerators especially in terms of the quantity of injected charge. These simulations, insightful for the future experiments of LWFA that will be held soon with the Apollon laser, put forward the importance of including realistic lasers in the simulation to obtain reliable results
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Bajlekov, Svetoslav. "Towards a free-electron laser driven by electrons from a laser-wakefield accelerator : simulations and bunch diagnostics". Thesis, University of Oxford, 2011. http://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:99f9f13a-d0c2-4dd8-a9a4-13926621c352.
Pełny tekst źródłaStreszczenie:
This thesis presents results from two strands of work towards realizing a free-electron laser (FEL) driven by electron bunches generated by a laser-wakefield accelerator (LWFA). The first strand focuses on selecting operating parameters for such a light source, on the basis of currently achievable bunch parameters as well as near-term projections. The viability of LWFA-driven incoherent undulator sources producing nanojoule-level pulses of femtosecond duration at wavelengths of 5 nm and 0.5 nm is demonstrated. A study on the prospective operation of an FEL at 32 nm is carried out, on the basis of scaling laws and full 3-D time-dependent simulations. A working point is selected, based on realistic bunch parameters. At that working point saturation is expected to occur within a length of 1.6 m with peak power at the 0.1 GW-level. This level, as well as the stability of the amplification process, can be improved significantly by seeding the FEL with an external radiation source. In the context of FEL seeding, we study the ability of conventional simulation codes to correctly handle seeds from high-harmonic generation (HHG) sources, which have a broad bandwidth and temporal structure on the attosecond scale. Namely, they violate the slowly-varying envelope approximation (SVEA) that underpins the governing equations in conventional codes. For this purpose we develop a 1-D simulation code that works outside the SVEA. We carry out a set of benchmarks that lead us to conclude that conventional codes are adequately capable of simulating seeding with broadband radiation, which is in line with an analytical treatment of the interaction. The second strand of work is experimental, and focuses on on the use of coherent transition radiation (CTR) as an electron bunch diagnostic. The thesis presents results from two experimental campaigns at the MPI für Quantenoptik in Garching, Germany. We present the first set of single-shot measurements of CTR over a continuous wavelength range from 420 nm to 7 μm. Data over such a broad spectral range allows for the first reconstruction of the longitudinal profiles of electron bunches from a laser-wakefield accelerator, indicating full-width at half-maximum bunch lengths around 1.4 μm (4.7 fs), corresponding to peak currents of several kiloampères. The bunch profiles are reconstructed through the application of phase reconstruction algorithms that were initially developed for studying x-ray diffraction data, and are adapted here for the first time to the analysis of CTR data. The measurements allow for an analysis of acceleration dynamics, and suggest that upon depletion of the driving laser the accelerated bunch can itself drive a wake in which electrons are injected. High levels of coherence at optical wavelengths indicate the presence of an interaction between the bunch and the driving laser pulse.
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Flacco, Alessandro. "Experimental study of proton acceleration with ultra-high intensity, high contrast laser beam". École polytechnique, 2010. http://www.theses.fr/2008EPXX0071.
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La production de faisceaux énergétiques d'ions/protons avec des impulsions laser à intensités relativistes (I>10^{18}W/cm^2) a reçu, au cours des dernières années, un intérêt croissant parmi les scientifiques travaillant dans les domaines de l'optique, de la physique des plasmas et des accélérateurs. Une fraction des électrons est chauffée à haute température lors de l'interaction entre une impulsion laser femtoseconde et un plasma surdense. Les ions et les protons sont extraits et accélérés par la séparation de charge qui est produite pendant l'expansion du plasma. Les résultats présentés dans ce manuscrit décrivent la réalisation d'expériences d'accélération d'ions avec un système laser à haute puissance et à haut contraste (XPW). Deux expériences préparatoires sont réalisées, afin d'étudier l'interaction entre le piédestal d'une impulsion laser et une cible. L'expansion d'un plasma créé par laser à intensité moyenne est mesurée par interférométrie; l'évolution de la longueur de son gradient de densité est déduite par les cartes de densité électronique, mesurées à différents instants. La variation de la réflectivité absolue d'une cible mince d'aluminium est mise en corrélation avec la température électronique afin de contrôler le débouché du choc produit par le laser. La corrélation entre les deux expériences est finalement utilisée pour définir le conditions optimales pour l'accélération des protons. Des expériences d'accélération de protons avec un laser à haut contraste, la construction et la validation d'un spectromètre (Galette a Micro-canaux et Parabole Thomson), ainsi que des autres détails sur le montage sont présentés. Les résultats ainsi obtenus montrent que l'amélioration du contraste permet d'utiliser des cibles plus minces et de produire des conditions d'interaction plus stables et contrôlables. Des faisceaux des protons ayant énergie cinétique supérieure à 4MeV sont produits, avec une stabilité tir à tir meilleure de 4% rms. L'accélération des protons avec deux impulsions laser confirme que l'absorption d'énergie laser est augmentée dans le cas des cibles pre-chauffées par une impulsion laser avec les bons paramètresThe production of energetic proton/ion beams with laser pulses at relativistic intensities (I>10^{18}W/cm^2) has received, in the past few years, increasing interest from the scientific community in plasma, optics and accelerator physics. A fraction of electrons is heated to high temperature during the ultrafast interaction between a femtosecond laser pulse and an overdense plasma. Ions and protons are extracted and accelerated by the charge separation set up during the expansion of the plasma. The results presented in this manuscript report on the realization of ion acceleration experiments using a high contrast (XPW) multi-terawatt laser system. Two preparatory experiments are set up, aiming to study the pedestal of a laser pulse interacting with the target. The expansion of a plasma created by a laser at moderate intensity is measured by interferometry; the evolution of the density gradient length is deduced from the electron density maps at different moments. The variation of the absolute reflectivity of a thin aluminium foil is correlated to the electron temperature and is used to monitor the arrival time of the laser produced shock. The crossing between the two experiments is finally used to define the optimum condition for proton acceleration. Proton acceleration experiments with high contrast laser are reported, including the construction and the validation of a real-time, single shot ion spectrometer (Micro-channel Plate and Thomson Parabola), and other details of the realised setup. The obtained results show that the increased contrast enables the use of thinner targets and the production of more stable and controllable interaction conditions. Proton beams with kinetic energy higher than 4 MeV are produced, with a shot-to-shot stability better than 4% rms. Proton acceleration experiment with two laser beams confirms that the laser energy absorption is enhanced when the target is pre-heated by a laser pulse with proper parameters
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Blackburn, Thomas George. "QED effects in laser-plasma interactions". Thesis, University of Oxford, 2015. http://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:d026b091-f278-4fbe-b27e-bd6af4a91b7a.
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It is possible to reach the radiation-reaction–dominated regime in today’s high-intensity laser facilities, using the collision of a wakefield-accelerated GeV electron beam with a 30 fs laser pulse of intensity 1022 Wcm-2. This would demonstrate that the yield of high energy gamma rays is increased by the stochastic nature of photon emission: a beam of 109 electrons will emit 6300 photons with energy > 700 MeV, 60 times the number predicted classically. Detecting those photons, or a prominent low energy peak in the electron beam's post-collision energy spectrum, will provide strong evidence of quantum radiation reaction; we place constraints on the accuracy of timing necessary to achieve this. This experiment would provide benchmarking for the simulations that will be used to study the plasmas produced in the next generation of laser facilities. With focused intensities > 1023 Wcm-2, these will be powerful enough to generate high fluxes of gamma rays and electron-positron pairs from laser–laser and laser–solid interactions. It will become possible to test the physics of exotic astrophysical phenomena, such as pair cascades in pulsar magnetospheres, and explore fundamental aspects of quantum electrodynamics (QED). To that end we will discuss: classical theories of radiation reaction; QED processes in intense fields; and a Monte Carlo algorithm by which the latter may be included in particle-in-cell codes. The feedback between QED processes and classical plasma dynamics characterises a new regime we call QED-plasma physics.
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Monchocé, Sylvain. "Contrôle et métrologie de la génération d'harmoniques sur miroir plasma". Thesis, Paris 11, 2014. http://www.theses.fr/2014PA112344.
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Lorsqu'on focalise une impulsion laser femtoseconde ultraintense à très haut contraste sur une cible solide, le champ laser au foyer est suffisamment important pour ioniser la surface durant le front montant de l'impulsion et former un plasma. Au sein de ce plasma s'établit un gradient de densité résultant de l'expansion hydrodynamique du plasma. Ce plasma très dense, réfléchit le faisceau laser incident dans la direction spéculaire: on parle alors de miroir plasma. Comme l'interaction entre le laser et le miroir plasma est fortement non-linéaire, cela conduit à la génération d'harmoniques d'ordre élevé dans le faisceau réfléchi. Dans le domaine temporel, ce spectre d'harmonique est associé à un train d'impulsions attosecondes. Les objectifs de ma thèse étaient de contrôler expérimentalement cette génération d'harmoniques et d'en mesurer toutes les propriétés. Nous nous sommes intéressés dans un premier temps, à l'optimisation du signal harmonique, puis à la caractérisation spatiale en champ lointain du faisceau harmonique (divergence des harmoniques).Si la caractérisation et le contrôle de ces propriétés sont des points importants pour le développement de la source, ces résultats permettent également une meilleure compréhension de l'interaction laser-plasma à ultra-haute intensité. Ils nous ont notamment permis d'obtenir des informations cruciales sur les dynamiques électronique et ionique du plasma, démontrant ainsi qu'il est possible d'utiliser les harmoniques comme un diagnostic de l'interaction laser-plasma.Nous introduisons également une méthode complètement optique permettant de structurer un plasma in-situ. En tirant partie des propriétés de l'expansion d'un plasma, nous avons pu créer in-situ des réseaux plasmas transitoires, que nous avons ensuite exploités pour réaliser les premières mesures ptychographiques à des intensités de 10^19W/cm^2, permettant de mesurer entièrement, pour la première fois, les propriétés spatiales des harmoniques (taille de source et phase) dans le plan de leur générationWhen an ultra intense femtosecond laser with high contrast is focused on a solid target, the laser field at focus is sufficient enough to completely ionize the target surface during the rising edge of the laser pulse and form a plasma. This dense plasma entirely reflects the incident beam in the specular direction: this is a so-called plasma mirror. As the interaction between the laser and the plasma mirror is highly non-linear, it thus leads to the high harmonic generation (HHG) in the reflected beam. In the temporal domain, this harmonic spectrum is associated to a train of attosecond pulses.The aim of my PhD were to experimentally control this HHG and to measure the properties of the harmonics. We first studied the optimization of the harmonic signal, and then the spatial characterization of the harmonic beam in the far-field (harmonic divergence). These characterizations are not only important to develop an intense XUV/attosecond light source, but also to get a better understanding of the laser-matter interaction at very high intensity. We have thus been able to get crucial information of the electrons and ions dynamics of the plasma, showing that the harmonics can also be used as a diagnostic of the laser-plasma interaction.We then developed a new general approach for optically-controlled spatial structuring of overdense plasmas generated at the surface of initially plain solid targets. We demonstrate it experimentally by creating sinusoidal plasma gratings of adjustable spatial periodicity and depth, and study the interaction of these transient structures with an ultraintense laser pulse to establish their usability atrelativistically high intensities. We then show how these gratings can be used as a `spatial ruler' to determine the source size of the high-order harmonic beams roduced at the surface of an overdense plasma. These results open new directions both for the metrology of laser-plasma interactions and the emerging field of ultrahigh intensity plasmonics
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Gangolf, Thomas. "Intense laser-plasma interactions with gaseous targets for energy transfer and particle acceleration". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLX110.
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Le plus fréquemment, l’interaction laser-matière est étudiée avec des lasers ayant des longueurs d’onde dans l’infrarouge proche (PIR), car ce sont les lasers qui peuvent générer les impulsions les plus intenses. Pour ces lasers, des cibles de densité allant de 0,05 à 2,5 fois la densité critique sont difficiles à créer mais elles offrent des perspectives intéressantes. Dans cette thèse, des jets d’hydrogène ayant de densité dans ce domaine sont utilisées dans le contexte de deux applications :Premièrement, des ions sont accélérées par choc non-collisionnel (collisionless shock acceleration, CSA). Lors de l’interaction d’une impulsion laser PIR avec une cible légè- rement sur-critique, un faisceau de protons est généré. Il est collimé, dirigé vers l’avant et quasiment monoénergetique. Des simulations indiquent que cela est lié à la formation d’un choc non-collisionnel et à l’accélération des protons par ce choc, en sus de leur accélération par le processus standard dit ”target normal sheath acceleration (TNSA)” qui est effectif en face arrière de la cible. Pour beaucoup d’applications, ces faisceaux de particules quasi-monoénergetiques sont plus appropriés que ceux à spectre large qui sont générés de façon routinière par TNSA.Deuxièmement, de l’énergie est transférée d’une impulsion laser (pump) vers une autre en contrepropagation (seed), par rétrodiffusion Brillouin stimulée, dans le régime de couplage fort (strong coupling-SBS), à des densités entre 0,05 et 0,2 fois la densité critique. Pour des impulsions à large bande (60 nanomètres), le rôle de la pré-ionisation sur la propagation et la rétrodiffusion Brillouin spontanée et stimulée est étudié, en incluant l’influence du chirp. Pour des lasers à bande plus étroite, il est démontré que l’impulsion seed peut être amplifiée par des dizaines de milliJoules, et des signatures d’amplification efficace et d’affaiblissement de l’impulsion laser pompe sont trouvées. Ce concept vise à l’amplification des impulsions laser à des puissances au-delà du seuil de dommage des amplificateurs laser basés sur des matériaux solidesLaser-matter interaction is studied mostly with near-infrared (NIR) lasers as they can generate the most intense pulses. For these lasers, targets between 0.05 to 2.5 times the critical density are challenging to create but offer interesting prospects. In this thesis, novel high-density Hydrogen gas jet targets with densities in this range are used in view of two applications:First, ions are accelerated by collisionless shock acceleration (CSA). Upon interaction of a NIR laser with a slightly overcritical gas jet target, a collimated, quasi-monoenergetic proton beam is generated in forward direction. Simulations indicate the formation of a collisionless shock and acceleration of protons both by the shock and target normal sheath acceleration (TNSA) on the target rear surface under these conditions. These directed, monoenergetic particle bunches are more suitable for many applications than the broadband particle beams already generated routinely.Second, at densities between 0.05 and 0.2 times the critical density, energy is transferred from one laser pulse (pump) to a counterpropagating pulse (seed), via Stimulated Brillouin Backscattering in the strongly-coupled regime (sc-SBS). For the case of broad- band (60 nanometers) pulses, the role of the preionization for pulse propagation and both spontaneous and stimulated Brillouin backscattering are studied, including the influence of the chirp. It is shown that for narrower bandwidths, the seed pulse is ampli- fied by tens of millijoules, and signatures of efficient amplification and pump depletion are found. This concept aims at amplifying laser pulses to powers above the damage thresholds of solid state amplifiers
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Chiaramello, Marco. "Laser amplification via stimulated Brillouin scattering in the strongly coupled regime : towards control and optimization". Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066304/document.
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L'utilisation de plasmas comme milieu amplificateur d'impulsions laser intenses pourrait permettre de surmonter les limites de la technologie actuelle en termes de l'intensité maximum réalisable. Par l'intermédiaire d'une oscillation de plasma, l'énergie d'une longue impulsion laser de pompe peut être transférée à une impulsion courte (« seed »). La rétrodiffusion Brillouin a le potentiel pour devenir un processus d'amplification robuste. Dans cette thèse, nous présentons des études théoriques et numériques visant à mieux comprendre le rôle de chaque paramètre du plasma et de la pompe sur le mécanisme d'amplification: forme et longueur du profil de densité, durée de la pompe, retard relatif entre la pompe et le seed, et chirp (dérive en fréquence) de la pompe. Nous montrons une première description complète de l'évolution dans le temps et dans l'espace des phases de la pompe, du seed et de la perturbation de densité plasma, qui déterminent le sens du transfert d'énergie entre les faisceaux laser et l'efficacité de l'amplification. Afin de proposer et d'améliorer les schémas expérimentaux actuels, une comparaison est effectuée avec les expériences récentesThe use of plasma as an amplification medium is currently discussed because it can overcome current solid-state technology limitations in terms of maximum achievable intensity. Via parametric scattering off a plasma oscillation the energy from a long pump pulse can be transferred into a short seed pulse. Brillouin scattering has the potential to become a robust amplification process. In this thesis we present theoretical and numerical (PIC) studies aimed at better understanding the role of each plasma parameter on the amplification mechanism: the interaction length, the shape of the density profile, the duration of the long pump signal, the relative delay between the seed and pump signals, the chirp of the long pump laser pulse. For the first time we show complete description of the time and space evolution of the phases of the pump, seed and plasma density perturbation that dictate the energy flow transfer between the pump and seed laser beams and the efficiency of amplification. In order to propose and improve nowadays experimental set-ups, a comparison with recent experiments is performed
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Baudelet, Matthieu. "Propriétés physico-chimiques du plasma induit par laser en régimes nanoseconde et femtoseconde : applications analytiques aux bactéries et aux produits agroalimentaires". Lyon 1, 2008. http://www.theses.fr/2008LYO10100.
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Heissler, Patrick. "Relativistic laser plasma interaction". Diss., lmu, 2012. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:19-146019.
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Vorontsov, Valeriy. "Charge transfer pumping for XUV lasers using femtosecond laser induced plasmas interacting with neutrals from a pulsed gas jet". [S.l. : s.n.], 2005. http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=975151150.
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Amponsah-Manager, Kwabena. "Microchip lasers as sources of laser-induced breakdown spectroscopy plasma characteristics and analytical performance /". [Gainesville, Fla.] : University of Florida, 2005. http://purl.fcla.edu/fcla/etd/UFE0011595.
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Osman, Frederick. "Nonlinear paraxial equation at laser plasma interaction /". [Campbelltown, N.S.W. : The author], 1998. http://library.uws.edu.au/adt-NUWS/public/adt-NUWS20030707.114012/index.html.
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Comet, Maxime. "Excitation du 201 Hg dans les plasmas produits par laser". Thesis, Bordeaux, 2014. http://www.theses.fr/2014BORD0458/document.
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L'utilisation des lasers de puissance permet l'étude des propriétés de la matière dans des conditions extrêmes de température et de densité. En effet, l'interaction d'un laser de puissance sur une cible créée un plasma dont la température est suffisamment grande pour atteindre des degrés d'ionisation élevés. Ces conditions peuvent permettre, via divers processus, d'exciter le noyau dans un état nucléaire et notamment dans un état isomère. Un noyau d'intérêt pour étudier ces phénomènes est le 201 Hg. Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre du dimensionnement d'une expérience visant la mise en évidence de l'excitation du 201 Hg dans un plasma laser.La première partie de ce manuscrit présente la détermination des taux d'excitation nucléaire dans les plasmas. Depuis une dizaine d'années les taux d'excitation sont déterminés en utilisant le modèle de l'atome moyen. Afin de valider ce modèle, un code, appelé ADAM (Au-Delà de l'Atome Moyen), a été développé afin de calculer le taux d'excitation nucléaire en DCA (Detailed Conguration Accounting). Il nous permettra d'en déduire un domaine thermodynamique en température et densité où les taux d'excitation déterminés avec le modèle de l'atome moyen sont pertinents.La deuxième partie présente le couplage des taux d'excitation nucléaire avec un code hydrodynamique afin d'en déduire, pour différentes intensités laser, le nombre de noyaux qu'il serait possible d'exciter par tir laser. Enfin, dans une dernière partie,les premières approches expérimentales qui serviront au dimensionnement d'une expérience sur une installation laser sont présentées. Ces approches sont basées sur la détection et la détermination de la quantité d'ions multichargés obtenue loin de la cible (~80 cm). Pour cela, un déviateur électrostatique a été utiliséThe use of high power lasers allows the study of the properties of matter in extremeconditions of temperature and density. Indeed, the interaction of a power laser and atarget creates a plasma in which the temperature is high enough to reach important degrees of ionization. These conditions can allow the excitation of the nucleus. Anucleus of interest to study the processes of nuclear excitation is the 201 Hg. Thiswork aims to design an experiment where the 201 Hg excitation will be observed in aplasma produced by a high power laser. The first part of this manuscript presents the calculation of the expected nuclear excitation rates in the plasma. For about ten years, nuclear excitation rates have been calculated using the average atom model. To validate this model a code named ADAM (french acronym for Beyond The Average Atom Model) was developed to calculate the nuclear excitation rates under the DCA (Detailed Configuration Accounting) hypothesis. ADAM allows us to deduce the thermo dynamical domain where the nuclear excitation rates determined with the average atom model are relevant. The second part of this manuscript presents the coupling of the excitation rate calculation with a hydrodynamic code to calculate the number of excited nuclei produced in one laser shot for different laser intensity. Finally, in the last part, first experimental approaches which will be used to design an experiment on a laser installation are presented. These approaches are based on the detection and determination of the amount of multicharged ions obtained far from the target (~80 cm). For this purpose, an electrostatic analyzer was used
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Gambino, Nadia. "Investigation of laser generated plasmas for astrophysical applications". Thesis, Universita' degli Studi di Catania, 2011. http://hdl.handle.net/10761/343.
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ES-Electron Screening is a key parameter for proper understanding of several astrophysical processes, from stellar evolution to spectacular events like supernova explosions. The aim of this work is try to reproduce in laboratory plasmas of astrophysical interest via the laser ablation technique for the study of fusions rates in plasmas to better understand the ES effects. While ES has an explicit dependence on the ratio between the electron density and the electron temperature, the fusion reaction rate depends both on the plasma density and from the ion temperature. In a laser irradiance regime of 10^10-10^12 W/cm2 the produced plasmas ion temperatures are on the order of 100eV à à à ¢ 300eV, high enough to ensure a not negligible number of fusion events, and at the same time, electron temperatures which are on the order of few eV s are low enough to provide to a strong influence of ES. This confers to LPP the unique peculiarity to be employed for fusion reaction rates measurements in a low energy domain. Moreover, this domain is up to now unexplored and could open new field of scientific interest in nuclear-astrophysics. In this energy regime also multiple interacting laser plasmas, can be employed for the same purposes. For example, two colliding plasmas generate, inside their interaction zone, a high rate collision particles layer, where they stagnate for several hundreds of nanosecond forming in this way a third plasma composed by cold electrons with electron temperatures on the order of few that can result very useful to study the ES.
On these purposes, a new experimental apparatus at the LNS-INFN of Catania was built. The apparatus was constructed in order to realize measurements with single expanding and colliding plasmas. Most of the results obtained during the last three years concern the characterization, in terms of density, temperature and temporal dynamic, of single and double expanding plasma plumes. Single plasma expansion was investigated in vacuum and in a background gas; measurements realized in at high fluence on metal Al targets permitted us to observe other than the classical hydrodynamic expansion of the plasma, some non linear processes driven by the formation of Double or Multy-layers, leading to plasma multifragmentation and complicates its temporal dynamic. Such effect has been never profoundly investigated in a low-laser energy regime up to now. Plume dynamic was nearby studied with numerical simulations, by using the Anisimov model. By numerical improvements to the code it is able to well reproduce the experimental observed plume expansion. Plasma collision was realized at the DCU-Dublin City University. We observed and characterized other than colliding plasmas produced from thick Al targets also colliding plumes generated from thin Al foils of 2à à à à ¼m of thickness. In this case a peculiar plasma dynamic was observed: most of the plasma expands forward and a slow backward plasma dynamic is observed on the rear side of the foil. The peculiar characteristics of the back-plasma, composed mostly by neutral atoms and electrons could results useful to study ES.
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MARQUES, JEAN-RAPHAEL. "Creation de plasmas homogenes pour l'excitation d'ondes plasma relativistes par battement d'ondes laser". Paris 11, 1992. http://www.theses.fr/1992PA112260.
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Dans cette these sont etudies plusieurs points relatifs a l'acceleration de particules par battement d'ondes lasers dans un plasma. Une premiere partie theorique explique comment la force ponderometrice associe a un laser permet de creer une onde de champ electrostatique de forte amplitude et de vitesse de phase relativiste. Les differents mecanismes qui peuvent limiter l'amplitude de l'onde y sont detailles. La deuxieme partie est consacree a la creation des plasmas homogenes necessaires aux experiences de battement d'ondes. Le plasma est cree par multiphotoionisation d'un gaz d'hydrogene ou de deuterium. Un diagnostic base sur la diffusion thomson du laser permet de mesurer l'evolution du plasma. Un soin tout particulier est porte sur l'evolution temporelle de la densite electronique. Les resultats experimentaux sont compares a des modeles numeriques simples. La derniere partie presente les resultats de nos experiences de battement d'ondes. Des ondes plasma electroniques de forte amplitude sont creees lorsque la frequence plasma est proche de la difference de frequence des deux lasers. Les champs longitudinaux associes a ces ondes sont compris entre 0,3 et 1,5 gv/m. La decomposition de l'onde plasma relativiste via l'instabilite modulationnelle a ete observee pour la premiere fois. Une conclusion importante de ce travail est la mise en evidence de l'influence des ions, a la fois sur l'homogeneite du plasma et sur la saturation de l'onde plasma
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Romagnani, L. "Laser-plasma investigations employing laser-driven proton probes". Thesis, Queen's University Belfast, 2005. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.426587.
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Qiu, Wenqian. "Modelling of laser-plasma in laser microspectral analysis". Thesis, University of Aberdeen, 1994. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.386302.
Pełny tekst źródłaStreszczenie:
The behaviour of the laser-produced plasma plume plays an important part in understanding and controlling the laser material processing involved in laser microspectral analysis. A multi-dimensional time-dependent model has been developed to simulate the transient material behaviour after an intense laser pulse irradiating a target surface. In this model, the heating and phase transition of the target material have been studied using the heat transfer theory, and the formation and evolution of the plasma plume were modelled by the Euler equations of fluid dynamics, which include the conservation of mass, momentum and energy. The energy absorption in the plasma by inverse Bremsstrahlung was considered, and the interface between the plasma plume and surrounding air was tracked by a fractional volume method. Moreover, the temperature-dependent optical and thermal properties of the target material and the spatial and temporal characteristics of the laser irradiance have been taken into account. The equations in the model were solved numerically by means of a finite-volume based time marching algorithm. Finally, experiments were carried out to support this model. This model is capable of predicting the onset of melting and evaporation, the crater development, the transient temperature distribution in the target, spatial and temporal behaviour of the plasma flow and, finally, the formation and propagation of a shock wave in the surrounding air. The transient spatial distributions of the plasma parameters, i.e., the temperature, density, pressure and velocity are presented in two-dimensional colour contour diagrams as well as the transient temperature profiles in the target. All these outcomes enable the optimisation of the process of laser-material interaction and provide valuable information in interpretation of the recorded spectrum and the consequent quantitative analysis of target composition in laser microspectral analysis.
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Kiehn, G. P. "XUV laser amplication in recombining laser produced plasmas". Thesis, University of Oxford, 1987. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.379973.
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Durand, Magali. "Filamentation laser femtoseconde IR : Interaction de deux filaments et Source de rayonnement secondaire longue distance". Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00677376.
Pełny tekst źródłaStreszczenie:
Les lasers femtoseconde amplifiés permettent grâce à leur très grande puissance d'étudier de nouveaux phénomènes physiques tels que la filamentation laser, le faisceau laser se propagent alors sur de grandes distances tout en maintenant une intensité crête élevée. Un filament laser résulte d'une compétition dynamique entre l'effet Kerr (qui focalise le faisceau) et la défocalisation due au plasma généré par l'impulsion laser. Dans ce travail de thèse la filamentation d'un faisceau laser femtoseconde IR a été étudiée aussi bien en terme de processus non-linéaire, que du point de vue d'une source de rayonnements secondaires à grande distance. Lors d'une propagation sur très grande distance (kilomètre) la formation de plusieurs filaments est inévitable. L'interaction entre deux filaments a donc été étudiée méthodiquement dans un premier temps, ainsi que l'effet de cette interaction sur les rayonnements secondaires générés par filamentation. Puis la génération de continuum de lumière blanche et d'émission conique par filamentation laser et la possibilité de générer un continuum de lumière blanche à grande distance ont été étudiées. Finalement, une étude en plein air permettant une propagation sur 2 km a été réalisée. Nous avons démontré qu'il était possible d'obtenir de la filamentation jusqu'à une distance de 1 km avec un laser femtoseconde de 200 mJ se propageant horizontalement à l'air libre. Il s'agit, à ce jour, du record mondial en matière de filamentation laser à longue distance.
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Bocoum, Maïmouna. "Harmonic and electron generation from laser-driven plasma mirrors". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLX023/document.
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Dans cette thèse expérimentale, nous nous intéressons à la réponse non-linéaire d’un miroir plasma sous l’influence d’un laser d’intensité sous-relativiste (~10^18 W/cm^2), et de très courte durée (~30fs). Nous avons en particulier étudié la génération d’impulsions attosecondes (1as=10^(-18) s) et de faisceaux d’électrons en effectuant des expériences dites de « pompe-sonde » contrôlées. Un premier résultat important est l’observation d’une anti-corrélation entre l’émission X-UV attoseconde et l’accélération d’électron lorsque l’on change la longueur caractéristique du plasma, résultats confirmés par des simulations numériques. Un second résultat important concerne le diagnostique de l’expansion du plasma sous vide par « interférométrie en domaine spatial » (SDI), technique élaborée dans le cadre de cette thèse. Enfin nous discutons à deux reprises l’utilisation d’algorithmes de reconstruction de phase dans le domaine spatiale ou temporel.De manière plus générale, nous avons cherché à replacer ce travail de thèse dans un contexte scientifique plus général. En particulier, nous tentons de convaincre le lecteur qu’à travers l’intéraction laser-miroir plasma, il devient concevable de fournir un jour aux utilisateurs des sources peu onéreuses d’impulsions X-UV et de faisceaux d’électrons de résolutions temporelles inégaléesThe experimental work presented in this manuscript focuses on the non-linear response of plasma mirrors when driven by a sub-relativistic (~10^18 W/cm^2) ultra-short (~30fs) laser pulse. In particular, we studied the generation of attosecond pulses (1as=10^(-18) s) and electron beams from plasma mirror generated in controlled pump-probe experiment. One first important result exposed in this manuscript is the experimental observation of the anticorrelated emission behavior between high-order harmonics and electron beams with respect to plasma scale length. The second important result is the presentation of the « spatial domain interferometry » (SDI) diagnostic, developed during this PhD to measure the plasma expansion in vacuum. Finally, we will discuss the implementation of phase retrieval algorithms for both spatial and temporal phase reconstructions.From a more general point of view, we replace this PhD in its historical context. We hope to convince the reader that through laser-plasma mirror interaction schemes, we could tomorrow conceive cost-efficient X-UV and energetic electron sources with unprecedented temporal resolutions
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D'Amico, Ciro. "Filamentation femtoseconde dans les milieux transparents passifs et amplificateurs, et étude de la filamentation comme source de radiation secondaire". Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2007. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00003498.
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Ce travail de thèse peut être divisé en deux parties. Dans la première partie on présente une étude de la filamentation d'impulsions laser femtoseconde dans les milieux Kerr transparents passifs et amplificateurs; les résultats principaux de cette partie sont les suivants: mise en place d'une nouvelle technique (P-scan) pour l'étude des différents régimes de propagation non linéaire d'une impulsion femtoseconde dans les gaz (chapitre III), et mise en évidence de la possibilité d'augmenter l'énergie et la puissance transportées par un seul filament, bien au dessus du seuil d'apparition de multi-filaments (chapitres IV et V). Dans la deuxième partie, on étudie le plasma généré par filamentation en tant que source de radiation électromagnétique secondaire, dans les bandes Ter! ahertz et Radiofréquences. L'étude du filament comme source de radiation Terahertz est décrit dans les chapitres VI, VII et VIII ; elle a amené à la découverte d'un nouveau mécanisme d'émission radiale en présence d'un champ électrique statique longitudinal le long de l'axe du filament. Nous avons aussi découvert un nouveau mécanisme d'émission Terahertz en l'absence de champ appliqué; cette fois la radiation est émise vers l'avant dans un cône fermé autour de l'axe de propagation du filament. Le mécanisme d'émission, modélisé en collaboration avec le Prof. Tikhonchuk de l'Université de Bordeaux 1, s'est révélé être en très bon accord avec les observations expérimentales. Enfin, nous avons mis en évidence la possibilité de transformer un canal de plasma produit par la! ser en une antenne dipolaire, qui peut émettre des radiof! réq uences. Ce sujet est décrit dans le chapitre IX.
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Singh, Divya. "Collisional effects on THZ radiation generated by laser plasma interaction". Thesis, IIT Delhi, 2016. http://localhost:8080/iit/handle/2074/7051.
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Biloiu, Ioana A. "Laser induced fluorescence studies of ion acceleration in single and multiple species expanding plasmas". Morgantown, W. Va. : [West Virginia University Libraries], 2009. http://hdl.handle.net/10450/10036.
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Thesis (Ph. D.)--West Virginia University, 2009.Title from document title page. Document formatted into pages; contains xiv, 173 p. : ill. (some col). Vita. Includes abstract. Includes bibliographical references.
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Fabretti, Valérie. "Modélisation de l'émission X des raies K. Alpha dans les plasmas créés par impulsion laser ultracourte (sub-picoseconde) et ultra-intense (10 puissance 18W cm-2)". Aix-Marseille 1, 1997. http://www.theses.fr/1997AIX11075.
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Ce travail s'inscrit dans le cadre des etudes sur la caracterisation de l'interaction entre un laser subpicoseconde et la matiere solide. Nous nous sommes particulierement interesses a la simulation des spectres du rayonnement x k alpha emis dans les plasmas crees par impulsion laser ultra-courte et ultra intense (10#1#8 w cm#-#2). A cette fin, le modele developpe dans ce travail utilise les resultats d'un code hydrodynamique qui simule l'interaction laser-matiere. Ces resultats se presentent sous la forme de profils lagrangiens de densite et de temperature, decrivant l'evolution spatio-temporelle du plasma. Le modele realise un couplage auto-consistant entre un modele collisionnel-radiatif instationnaire, qui traite l'etat atomique du plasma, et une methode monte-carlo, qui simule le transport des electrons supra-thermiques, crees a la densite critique et responsables (par des collisions en couche interne) de l'emission k alpha, a l'interieur du plasma. A partir de ce modele, on a pu generer des spectres synthetiques de raies k alpha en fonction de differents parametres evalues experimentalement. Par ailleurs, on a pu voir, a partir des resultats obtenus, une forte correlation entre l'effet du flux de chaleur thermique electronique et l'effet de la temperature des electrons supra-thermiques sur les spectres synthetiques. Outre la simulation de spectres de raies k alpha, une application directe de ce code a ete l'evaluation du facteur de flux limite pour un eclairement donne et une valeur de la temperature des electrons supra-thermiques determinee par ailleurs. Ce code a d'autres applications potentielles comme la simulation de sources x ultra-breves.
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Capdessus, Rémi. "Dynamique d'un plasma non collisionnel interagissant avec une impulsion laser ultra-intense". Thesis, Bordeaux 1, 2013. http://www.theses.fr/2013BOR15268/document.
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L'interaction d'un plasma avec une impulsion laser-intense suscite de plus en plus d'intérêt du fait des progrès en matière de technologie laser d'outils numériques. La réaction du rayonnement affecte la dynamique des électrons, celle du rayonnement synchrotron, ainsi que celle des ions via le champ de séparation de charge, pour des intensités laser supérieures à 10puissance22 W/CM2. les équations cinétiques régissant le transport de particules à ultra-haute intensité ont été obtenues. La réaction du rayonnement implique la contraction du volum de l'epace des phases des électrons A l'aide de simulations numériques nous avons démontré la forte rétro-action que les effets collectifs induisent sur le rayonnement synchrotron généré par les électons accélérés. L'importance des effets collectifs dépend fortement de la masse des ions et de l'épaisseur du plasma considéré. Ces effets pourraient être vérifiés expérimentalement avec des cibles cryogéniques d'hydrogèneRésumé en anglais
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Gustas, Dominykas. "High-repetition-rate relativistic electron acceleration in plasma wakefields driven by few-cycle laser pulses". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLX118/document.
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Le progrès continu de la technologie laser a récemment permis l’avancement spectaculaire d’accélérateurs de particules par onde de sillage. Cette technique permet la génération de champs électriques très forts, pouvant dépasser de trois ordres de grandeurs ceux présents dans les accélérateurs conventionnels. L’accélération résultante a lieu sur une distance très courte, par conséquent les effets de la charge d’espace et de la dispersion de vitesse sont considérablement réduits. Les paquets de particules ainsi générés peuvent alors atteindre des durées de l’ordre de la femtoseconde, qui en fait un outil prometteur pour la réalisation d’expériences de diffraction ultra-rapide avec une résolution inégalée de l’ordre de quelques femtosecondes. La génération de tels paquets d’électrons avec des lasers de 1 J et d’une durée de 30 fs est à présent bien établie. Ces paramètres permettent de produire des faisceaux d’électrons de quelques centaines de MeV, et sont donc inadaptés aux expériences de diffraction. De plus, le taux de répétition de ces lasers de haute puissance est limité à quelques Hz, ce qui est insuffisant pour des expériences exigeant une bonne statistique de mesure. Notre groupe a utilisé un laser de pointe développé au laboratoire par le groupe PCO générant des impulsions de quelques millijoules, d’une durée de 3.4 fs - à peine 1.3 cycle optique - à une cadence de 1 kHz, pour accélérer des électrons par onde de sillage. Ce travail de thèse présente d’une part la première démonstration d’un accélérateur des particules relativistes opéré dans le régime de la bulle à haute cadence. L’utilisation de buses microscopiques a permis l’obtention de charges de dizaines de pC par tir. De plus, cette thèse vise à l’élargissement de notre compréhension des lois d’échelle d’accélération laser-plasma. Nous espérons que notre travail visant à la fiabilisation et l’optimisation de cette source permettra à terme de proposer un instrument accessible et fiable à la communauté scientifique, que ce soit pour la diffraction d’électrons, l’irradiation ultra-brève d’échantillons ou la génération de rayons XContinuing progress in laser technology has enabled dramatic advances in laser wakefield acceleration (LWFA), a technique that permits driving particles by electric fields three orders of magnitude higher than in conventional radio-frequency accelerators. Due to significantly reduced space charge and velocity dispersion effects, the resultant relativistic electron bunches have also been identified as a candidate tool to achieve unprecedented sub-10 fs temporal resolution in ultrafast electron diffraction (UED) experiments. High repetition rate operation is desirable to improve data collection statistics and thus washout shot-to-shot charge fluctuations inherent to plasma accelerators. It is well known that high-quality electron beams can be achieved in the blowout, or "bubble" regime, which is at present regularly accessed with ≈ 30 fs Joule-class lasers that can perform up to few shots per second. Our group on the contraryutilized a cutting edge laser system producing few-mJ pulses compressed nearly to a single optical cycle (3.4 fs) to demonstrate for the first time an MeV-grade particle accelerator with properties characteristic to the blowout regime operating at 1 kHz repetition rate. We further investigate the plasma density profile and exact laser pulse waveform effects on the source output, and show that using special gas microjets a charge of tens of pC/shot can be achieved. We expect this technique to lead to a generation of highly accessible and robust instruments for the scientific community to conduct UED experiments or to be used for other applications. This work also serves to expand our knowledge on the scalability of laser-plasma acceleration
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Gulko, Ilya Dmitrievich. "Ns Pulse / RF Hybrid Plasmas for Plasma Chemistry and Plasma Assisted Catalysis Applications". The Ohio State University, 2020. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=osu1598271986860656.
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Ghneim, Said Nimr 1953. "Laser pulse amplification through a laser-cooled active plasma". Thesis, The University of Arizona, 1988. http://hdl.handle.net/10150/276868.
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Recent advances in experimental laser cooling have shown the possibility of stopping an atomic beam using the light pressure force of a counter-propagating laser wave. As an application to laser cooling, it is proposed to build a single frequency cesium laser that has a narrow linewidth. Laser cooling techniques are used to cool an atomic beam of cesium to an average velocity of 5 m/s, corresponding to a temperature of 0.2°K. Expressions of the basic forces that a laser wave exerts on atoms are derived according to a semi-classical approach. The experimental problems and methods of avoiding these problems are treated in detail. A computer Monte-Carlo simulation is used to discuss the feasibility of building the proposed laser. This simulation was done for an ensemble of 10,000 atoms of cesium, and it included the effects of the gravitational force and the related experimental variables. The possibility of building single frequency lasers that use a cooled medium of noble gases, and many other applications of laser cooling are briefly discussed at the end of this work.
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Rae, Stuart Campbell. "Short-pulse laser-plasma interactions". Thesis, University of Oxford, 1991. http://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:c429d2ee-64d4-415a-b799-f5436d19ccc9.
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This thesis deals with several theoretical aspects of the interaction of an intense femtosecond laser pulse with a plasma. A mechanism for the enhancement of the collisional absorption of light at high intensities is described, involving the direct excitation of collective modes of the plasma, and the importance of this mechanism for a solid-density laser-produced plasma is studied under a range of conditions. An intensity-dependent collision rate is used in a numerical calculation of the reflectivity of a steep-gradient plasma, such as might be produced by an intense femtosecond laser pulse, and the conditions required to maximize absorption at high intensities are determined. The relative contributions of field-induced ionization and collisional ionization in laser-produced plasmas are studied, and it is shown that the behaviour of a gaseous plasma is almost solely governed by the field-induced process. A model is developed to simulate the propagation of an intense femtosecond laser pulse through an initially neutral gas, and this model is used to make predictions about spectral modifications to the laser pulse. Under certain conditions the spectrum is significantly broadened and suffers an overall blue shift. Quantitative fitting of theoretical spectra to experimental results in the literature is attempted, but is complicated by associated defocusing effects in the plasma. Field-induced ionization can produce a gaseous plasma which is significantly colder, for the same degree of ionization, than a plasma produced by collisional ionization. One possible application for a cold highly-ionized plasma is in a recombination x-ray laser, and the propagation model allows the calculation of the plasma temperature, which is a crucial parameter in assessing the feasibility of such schemes.
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Rajendiran, Sudha. "Plasma enhanced pulsed laser deposition". Thesis, University of York, 2017. http://etheses.whiterose.ac.uk/20437/.
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This thesis introduces a novel deposition technique, Plasma-Enhanced Pulsed Laser Deposition (PE-PLD) that attempts to overcome limitations in traditional PLD by combining it with a background oxygen RF plasma instead of a neutral gas. Advantages of this novel technique for the deposition of metal-oxide films include, the use of simple, pure metal targets instead of metal-oxide composite targets and the lack of the necessity for substrate heating and post-annealing to obtain high-quality films. The feasibility of this method was studied both numerically and experimentally. Numerical simulations of the laser ablation process and an Inductively Coupled Plasma (ICP), i.e. the oxygen RF plasma, using different 2D hydrodynamic codes, found that the densities of the Cu plume and ICP were similar in front of the substrate, allowing the necessary interaction between them to oxidize the Cu and deposit a CuO film. Time-resolved optical emission spectroscopy provided electron temperatures and densities that were used to benchmark the modelling results as well as provide some insight into the process of slowing down of the plume due to the background gas. Also, the assumption of Local Thermodynamic Equilibrium (LTE), commonly used in these diagnostic techniques, was investigated and found to not be strictly full filled for most of the ablation process, meaning that further investigations are needed to confirm the validity of these diagnostics. Finally, copper oxide thin films were deposited using PE-PLD. Analysis of the composition showed that high-quality films could be formed and that at a low oxygen pressure stoichiometric, polycrystalline CuO was formed, while at a higher pressure stoichiometric, polycrystalline Cu2O was deposited.
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Mine, Takashi. "Laser and plasma air decontamination". Thesis, University of Glasgow, 2010. http://theses.gla.ac.uk/2276/.
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This research investigated novel decontamination methods of airborne microorganisms in enclosed public spaces. There are many ways the pathogenic micro-organisms can be transmitted from one body to another, which includes for example, physical contact between the contaminated surface to another, transfer of infected blood from a donor to another medium, or respiratory infections where the large droplets containing micro-organisms caused by talking, sneezing or coughing can infect another whether by direct or close contact, and airborne transmission where the tiny aerosol droplets containing the micro-organisms remain in the air for a long period of time thus spreading to wider areas, making this mode of transmission the most effective and thus dangerous. There are many technique and systems in the market today in the field of air cleaning, and many more under development, these include: ozone, plasma, UV, IR, microwave irradiation, passive solar exposure, pulsed light, electrostatic precipitation, photo-catalytic oxidation etc. However air decontamination using a laser is an unexplored approach. In general two different mechanisms are studied in detail in this research. The possibility of using radiation from the laser and also using plasma and its bi-products were investigated. Many variations and techniques were evaluated for both mechanisms to optimise each decontamination effect. Two types of lasers were used to investigate the concept of using lasers to decontaminate air: a CO2 laser producing a beam at 10.6 μm in the IR region and a KrF excimer laser producing a beam at 248 nm in the UV region. This research was to investigate and make use of the power that is available in the laser in a certain way to decontaminate the air. The effect of laser beam absorption in the presence of microorganisms was modelled in Matlab and this could be used to analyse any wavelength. Two variations of creating a plasma were investigated, one method used a Chang profiled, uniform field electrode and the other used an increased size flat electrode. The plasma produced from these systems emitted radiation around 200 nm to 900 nm. The Chang profiled electrode, which was manufactured in house, was originally designed to be used as a Nitrogen air laser. However, experiments with a purchased Nitrogen laser (detailed in Chapter 3) did not show any significant bacterial killing so the system was modified to be used as a plasma air decontamination device. The electrode was sized 60 mm x 10 mm, and the discharge volume was varied by altering the discharge gap. The effects of various parameters were investigated including: the discharge voltage, type of pre-ionisers to optimise the discharge and air flow shaping through the discharge region. Microbiological experiments conducted using air seeded with microorganisms was used to test the system’s decontamination efficiency. The second plasma system used larger 200 mm x 30 mm aluminium electrodes. Again various parameters were investigated to maximise the discharge stability which included, type of dielectric medium, type of power source, electrical circuit setup, use of laser marked electrodes, air flow shaping and using multiple electrode pairs running off the same power supply. Again, microbiological experiments conducted using air seeded with microorganisms was used to test the system’s decontamination efficiency. Two further systems were built using the results obtained from testing the 200 mm x 30 mm aluminium electrodes, an Industrial Based Air Decontamination Unit and a Ozone Shock Plasma System. Both systems were comprised with multiple pairs of laser marked electrodes with dielectric media and possible addition of flow shaping. The two systems were tested as before with good effect. The developed prototypes can be applied to most applications where air cleanliness is required.
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Kneip, Stefan. "Laser plasma accelerator and wiggler". Thesis, Imperial College London, 2010. http://hdl.handle.net/10044/1/5671.
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This thesis details experimental research of laser-driven electron acceleration from underdense plasmas and the characterisation of the x-ray radiation owing to the transverse oscillatory motion that electrons perform during the acceleration process. Acceleration of monoenergetic electron beams to the GeV level was achieved for the first time in a self-guiding, self-injecting wakefield accelerator in the nonlinear regime, driven by the 200 TW Astra Gemini laser. The laser pulse was shown to be self-guided for 1 cm or more than ten times its Rayleigh range, by measurement of a single filament containing > 30% of the initial laser energy at this distance. The intensity in the guided filament is amplified beyond its initial value, as suggested by the GeV electron energy gain. Three dimensional numerical modeling is in excellent agreement with the experimental findings. In this regime, a beam of tens of keV x-rays emanating from a micrometer source with milliradian divergence, spatial coherence and a peak brightness comparable to third generation light sources was measured on experiments with the 100 TW Hercules laser. The measurements show that, due to their small transverse oscillations, the electron trajectories and their radiation properties resemble the scenario of an electron in a wiggler-type insertion device, with a strength parameter K close to 1. The experimental findings are supported by three dimensional modeling of the electron and x-ray beam. Betatron radiation was also measured with ten times longer and more intense pulses from the Vulcan Petawatt laser. In this case, electron acceleration is strongly driven transversely by the laser and a betatron resonance leads to a tenfold increase in oscillation amplitude. This alters the characteristics of the emitted synchrotron radiation fundamentally, increasing 50-fold the strength parameter and divergence, 10-fold the source size and up to 5-fold the x-ray energy, thereby broadening the electron energy distribution and converting up to 5% of their energy into x-rays. The studies provide evidence for the scalability of self-guided laser wakefield accelerators from 0.1 to 1 GeV. Furthermore the work demonstrates that betatron radiation can help to understand the acceleration process and has characteristics comparable to conventional synchrotron light.
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Buffechoux, Sébastien. "Augmentation de l'énergie des faisceaux de proton accélérés par laser ultra-intense et étude des caractéristiques des faisceaux accélérés par laser ultra-court". Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00600647.
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De rapides avancées technologiques ont autorisé depuis le début des années 1980 un développement important des lasers de puissance et ont ouvert la voie aux régimes d'interaction laser-matière relativiste. L'accès aux intensités lumineuses supérieures à 1.1018 W.cm-2 a ainsi donné la possibilité à la communauté scientifique d'explorer une nouvelle physique riche d'applications. Bien que le principal moteur ait historiquement été constitué par les recherche sur la fusion par confinement inertiel, l'astrophysique de laboratoire, la génération de rayonnement (harmoniques, bétatron, X) ou la génération de particules énergétiques (électrons, ions) élargissent de plus en plus ce domaine d'étude.En effet, les très bonnes qualités des sources lumineuses et des sources d'ions créées par laser laissent fortement envisager qu'elles viendront un jour remplacer les sources conventionnelles comme les synchrotrons ou les accélérateurs qui sont des machines très coûteuses.Dans le cadre de cette thèse, une attention toute particulière a été portée à l'accélération d'ions qui a déjà montré son fort potentiel en termes de qualité des faisceaux accélérés. Malheureusement, ses applications sont encore limitées (radiographie, chauffage isochorique) à cause de paramètres limitants comme la divergence du faisceau, le spectre large ou l'énergie maximale atteinte par ces faisceaux. Au cours de ce travail de thèse, l'accent a plus particulièrement été mis sur l'augmentation de l'énergie maximale des faisceaux de protons dans le cadre des régimes à ultra haute intensité (supérieur à 1.1019W.cm-2). Cette recherche s'est orientée suivant deux axes principaux (impulsions longue et courtes), qui ont donné lieu à de nombreux échanges et au renforcement de la collaboration entre les laboratoires du LULI à l'École Polytechnique (France) et l'INRS-EMT (Canada).Dans le cadre des recherches menées au sein du LULI, des techniques innovantes ont pu être explorées afin de poursuivre la compréhension des mécanismes et d'améliorer les qualités de l'accélération d'ions à partir d'impulsion "longues" (entre 300 fs et 1,5 ps). Nous avons montré que l'utilisation de cibles ayant des dimensions transverses réduites permettait le confinement géométrique des électrons dans la zone d'impact du laser et augmentait ainsi significativement le taux de conversion de l'énergie laser vers les protons et l'énergie maximale atteinte par le faisceau. Par ailleurs, l'utilisation originale d'une optique plasma refocalisante a démontré son efficacité quant à réduire fortement la surface de focalisation du laser, conduisant à augmenter son intensité et donc l'énergie de coupure des faisceaux d'ions accélérés. Enfin, l'utilisation de deux impulsions laser a mis en évidence qu'une interaction entre les électrons accélérés par chaque impulsion était possible et qu'elle permet de modifier l'énergie et la typologie des faisceaux de protons.Les expériences réalisées au sein de l'INRS-EMT visaient quant à elle à améliorer la compréhension des régimes d'accélération femtoseconde, où peu d'études à ultrahaute intensité existaient au début de cette thèse, et à valider ou non la pertinence de ces régimes. Les nombreuses expériences menées ont clairement établi l'importance du contraste laser et la nécessité que ce derniers soit important pour que l'accélération de protons soit efficace dans ces régimes ultracourts. L'analyse systématique des faisceaux accélérés en face avant et en face arrière d'une cible mince montre que le processus d'accélération manifeste une certaine symétrie et prouve, qu'à énergie laser constante,l'accélération d'ions par laser n'est pas la plus efficace pour la plus courte durée d'impulsion.