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Optical probing of ultrafast laser-induced solid-to-overdense-plasma transitions

Light(Science & Applications) 2024年第5期13卷 973-984页

作者： Yasmina Azamoum Georg Alexander Becker Sebastian Keppler Guillaume Duchateau Stefan Skupin Mickael Grech fabrice catoire Sebastian Hell Issa Tamer Marco Hornung Marco Hellwing Alexander Kessler Franck Schorcht Malte Christoph Kaluza GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung Planckstr.164291 DarmstadtGermany. Helmholtz Institute Jena Fröbelstieg 307743 JenaGermany. Institute of Optics and Quantum Electronics Friedrich-SchillerUniversität JenaMax-Wien-Platz 107743 JenaGermany. CEA-CESTA 15 Avenue des SablièresCS6000133116 Le BarpCedexFrance Institut Lumière Matière UMR 5306-CNRSUniversitéde Lyon 169622 VilleurbanneFrance. LULI CNRSCEASorbonne UniversitéInstitut Polytechnique de ParisPalaiseauFrance. Universitéde Bordeaux-CNRS-CEA CELIAUMR 5107 TalenceFrance

Understanding the solid target dynamics resulting from the interaction with an ultrashort laser pulse is a challenging fundamental multi-physics problem involving atomic and solid-state physics,plasma physics,and laser *** of the initial interplay of the underlying processes is essential to many applications ranging from lowpower laser regimes like laser-induced ablation to high-power laser regimes like laser-driven ion *** the properties of the so-called pre-plasma formed as the laser pulse’s rising edge ionizes the target is complicated from the theoretical and experimental point of view,and many aspects of this laser-induced transition from solid to overdense plasma over picosecond timescales are still open *** the one hand,laser-driven ion acceleration requires precise control of the pre-plasma because the efficiency of the acceleration process crucially depends on the target properties at the arrival of the relativistic intensity peak of the *** the other hand,efficient laser ablation requires,for example,preventing the so-called“plasma shielding”.By capturing the dynamics of the initial stage of the interaction,we report on a detailed visualization of the pre-plasma formation and ***-thin diamond-like carbon foils are shown to transition from solid to plasma during the laser rising edge with intensities<10^(16)W/cm^(2).Single-shot near-infrared probe transmission measurements evidence sub-picosecond dynamics of an expanding plasma with densities above 10^(23)cm^(−3)(about 100 times the critical plasma density).The complementarity of a solid-state interaction model and kinetic plasma description provides deep insight into the interplay of initial ionization,collisions,and expansion.

关键词： laser acceleration solid

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