Studium plazmatického kanálu vytvořeného besselovským svazkem femtosekundového laseru

Abstract

Diplomová práce je věnována studiu plazmatického kanálu vytvořeného besselovským svazkem femtosekundového laseru a jeho možným aplikacím v oblasti vedení laserových impulsů plazmatem pro laserové urychlování, vedení elektrických výbojů pomocí laseru či v oblasti kapilárních výbojů. V první části je zpracována elektromagnetická teorie a matematické odvození gaussovského a besselovského svazku a jsou zde uvedeny jejich důležité vlastnosti. Dále je zde zpracována problematika ionizace atomů intenzivním optickým polem a jsou zde představeny některé teoretické modely ionizace. Experimentální část práce pojednává o realizaci optické sestavy pro generaci a měření kvazi-besselovského svazku, jejíž součástí bylo i zobrazení svazku teleskopem. Hlavní experimentální část je věnována popisu vytváření plazmatického kanálu za pomoci právě kvazi-besselovského svazku femtosekundového laseru a jeho diagnostice. Výsledky měření dynamického vývoje elektronové hustoty plazmatického kanálu a prahových podmínek elektrického průrazu jsou zpracovány a diskutovány v poslední části práce. Na závěr jsou navržena možná zlepšení diagnostických metod při opakování experimentu.

This master thesis is devoted to the study of femtosecond laser Bessel beam produced plasma channel and to its possible applications in laser pulse guiding for laser wakefield acceleration or in the field of capillary discharges. Further, the electromagnetic theory and mathematical derivation of Gaussian and Bessel beams are accomplished, as well as description of its properties. In the second part, some theory of the optical field ionization is presented. There are described models of multiphoton ionization, tunneling ionization, barrier-suppression ionization, etc. The experimental part of this thesis consists of generation and diagnostics of quasiBessel beam and its transformation by a telescope. The focus is on the study of the plasma channel generated by the quasi-Bessel laser beam in terms of dynamic temporal evolution of electron density in the channel and the research of electrical breakdown conditions is conducted. Finally, the results are discussed, and some optional improvements are proposed.