Induzierte Terahertz-Strahlung und relativistische Optik: ein neues Charakterisierungsverfahren für laserbasierte Teilchenbeschleuniger

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Amrutha Gopal
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 235297462

Ziel des Projektes ist die räumlich und zeitlich aufgelöste Charakterisierung des TNSA (Target Normal Sheath Acceleration) Feldes, welches während der relativistischen Wechselwirkung zwischen Hochenergie-Lasern und Festkörpern die Beschleunigung von Ionen und Protonen verursacht. Theoretische Studien sagen vorher, dass diese Felder Feldstärken in der Größenordnung des einfallenden Laserfeldes (TV/m) aufweisen. Räumlich ist das TNSA-Feld stark lokalisiert und auf Dimensionen der Laserwellenlänge beschränkt, seine Lebensdauer beträgt etwa die Laser-Pulslänge. Diese extremen räumlichen und zeitlichen Eigenschaften machen eine Charakterisierung durch externe Sondierung schwierig.In diesem Projekt schlagen wir eine neuartige, nichtinvasive Diagnostik für die genaue Charakterisierung dieser Felder vor. Das Prinzip erlaubt die einfache und gleichzeitig effiziente Messung sehr großer Feldstärken. Aufgrund des transienten Charakters des TNSA-Feldes kann das Elektronen-Ionen-Plasma an der Target-Rückseite dipolartig oszillieren. Die beschleunigte Bewegung induziert ein elektromagnetisches Feld, welches im Terahertz-Frequenzbereich abstrahlt. Das Auftreten induzierter Terahertzstrahlung konnte in einem ersten Experiment am JETI-Laser des IOQ in Zusammenarbeit mit dem IPHT Jena nachgewiesen werden. Auf Basis dieser Beobachtung planen wir eine detaillierte und systematische experimentelle Charakterisierung der induzierten Terahertzstrahlung mit modernen Verfahren der Terahertz-Diagnostik, sowie den Abgleich der experimentellen Daten mit entsprechenden Computersimulationen. Dadurch kann ein neues, grundlegendes Verständnis der Teilchenbeschleunigungsprozesse aufgebaut werden, was diese Technologie auch für zukünftige Anwendungen praktikabel werden lässt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen