Saturated Amplification of a Collisionally Pumped Optical-Field-Ionization Soft X-Ray Laser at 41.8 nm

Sebban, S.; Haroutunian, R.; Balcou, Philippe; Grillon, G.; Rousse, A.; Kazamias, S.; Marin, T.; Rousseau, Jean‐Philippe; Notebaert, L.; Pittman, M.; Chambaret, Jean-Paul; Antonetti, A.; Hulín, D.; Ros, D.; Klisnick, A.; Carillon, A.; Jaeglé, P.; Jamelot, G.; Wyart, J. F.

doi:10.1103/physrevlett.86.3004

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“…The ultrafast pumped optical field ionization (OFI) mechanism has been successfully shown for Pd-like Xe at 41.8 nm [5]. This was recently repeated by the LOA group in gain saturation regime for both the Pd-like Xe line [6] and the Ni-like Kr line at 32.8 nm [7]. A recent advance has been the use of higher order harmonics to seed the 32.8 nm OFI laser to boost the output and improve the x-ray laser characteristics [8].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 77%

“…This leads to a loss of efficiency and not the best use of the available pumping energy. Longitudinal schemes have a number of appealing characteristics and have been utilized in collisional excitation and recombination lasers [1,2,6,14]. The main advantages are the ability to create high irradiance short pulse pumping inside a capillary, for instance, where the electron density profile has been tailored.…”

Section: Grazing Incidence Pumping Geometrymentioning

confidence: 99%

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Grazing incidence pumping for high efficiency x-ray lasers

2005

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Over the last decade, most laser-driven collisional excitation x-ray lasers have relied on the absorption of the pump energy incident at normal incidence to a pre-formed plasma. The main advantage is that the inversion can be created at various plasma regions in space and time where the amplification and ray propagation processes are best served. The main disadvantage is that different plasma regions regardless of the contribution to the inversion have to be pumped simultaneously in order to make the laser work. This leads to a loss of efficiency. The new scheme of grazing incidence pumping (GRIP) addresses this issue. In essence, a chosen electron density region of a pre-formed plasma column, produced by a longer pulse at normal incidence onto a slab target, is selectively pumped by focusing a short pulse of 100 fs -10 ps duration laser at a determined grazing incidence angle to the target surface. The exact angle is dependent on the pump wavelength and relates to refraction of the drive beam in the plasma. The controlled use of refraction of the pumping laser in the plasma results in several benefits: The pump laser path length is longer and there is an increase in the laser absorption in the gain region for creating a collisional Ni-like ion x-ray laser. There is also an inherent traveling wave, close to c, that increases the overall pumping efficiency. This can lead to a 3 -30 times reduction in the pump energy for mid-Z, sub-20 nm lasers. We report several examples of this new x-ray laser on two different laser systems. The first demonstrates a 10 Hz x-ray laser operating at 18.9 nm pumped with a total of 150 mJ of 800 nm wavelength from a Ti:Sapphire laser. The second case is shown where the COMET laser is used both at 527 nm and 1054 nm wavelength to pump higher Z materials with the goal of extending the wavelength regime of tabletop x-ray lasers below 10 nm.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 77%

Section: Grazing Incidence Pumping Geometrymentioning

confidence: 99%

Grazing incidence pumping for high efficiency x-ray lasers

2005

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“…Un tel système repose sur l'excitation collisionnelle électronique de gaz ionisés 8 fois par champ optique, nécessitant des intensités laser de 10 16 à 10 17 W/cm 2 . Récemment, la saturation de l'amplification de la raie à 41,8 nm du Xe 8+ a été observée [2][3][4], et le schéma OFI a été étendu au Kr 8+ avec l'obtention d'une raie lasante à 32,8 nm [5].…”

Section: Introductionunclassified

Laser X-UV en schéma collisionnel OFI à 41,8 nm créé dans des tubes capillaires

et al. 2006

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Résumé. Nous présentons les résultats expérimentaux et théoriques obtenus sur le laser X-UV à 41,8 nm créé en schéma collisisonnel à ionisation par champ optique dans des tubes capillaires. Une étude détaillée a été menée dans le but de comprendre les effets liés au guidage. Le plasma amplificateur est créé dans un tube capillaire de quelques cm de long. L'émission X-UV maximum est obtenue en fonctionnant en régime de guidage multimode dans un tube capillaire de 25 mm de long. Le signal X-UV mesuré est 3 fois plus élevé que celui observé dans une cellule de gaz et la divergence du faisceau est réduite d'un facteur 3. Un code numérique, baptisé COFIXE, est en développement pour calculer le signal X-UV émis par le plasma amplificateur. Il inclut le calcul de la propagation du faisceau pompe, de l'état du plasma juste après l'interaction avec le faisceau pompe, le calcul de l'évolution des propriétés locales du plasma pendant les quelques ps suivantes ainsi que le calcul de l'amplification et du transport de l'émission X-UV. Un très bon accord a été obtenu entre les résultats expérimentaux et les résultats théoriques pour plusieurs caractéristiques telles la divergence du faisceau, la corrélation entre la transmission du faisceau pompe guidé et l'énergie du signal X-UV, ainsi que l'amélioration apportée par le guidage.

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“…Suiteà la démonstration au LOA de l'amplification d'une raie laserà 41.8 nm dans le xénon IX et ensuiteà 32.8 nm dans le krypton IX [1,2], plusieurs expériences ont permis d'optimiser, caractériser et développer ce type de sources. Le milieu amplificateur est ici un plasma d'ions multichargés (Xe IX ou Kr IX) créé par la focalisation d'un laser intense (1J, 30 fs) dans un milieu gazeux.…”

Section: Introductionunclassified