The influence of irradiated spot size on laser energy coupling to electrons, and subsequently to protons, in the interaction of intense laser pulses with foil targets is investigated experimentally. Proton acceleration is characterized for laser intensities ranging from 2×1018-6×1020 W/cm2, by (1) variation of the laser energy for a fixed irradiated spot size, and (2) by variation of the spot size for a fixed energy. At a given laser pulse intensity, the maximum proton energy is higher under defocus illumination compared to tight focus and the results are explained in terms of geometrical changes to the hot electron injection.

1.
E. L.
Clark
,
K.
Krushelnick
,
J. R.
Davies
,
M.
Zepf
,
M.
Tatarakis
,
F. N.
Beg
,
A.
Machacek
,
P. A.
Norreys
,
M. I. K.
Santala
,
I.
Watts
 et al,
Phys. Rev. Lett.
84
,
670
(
2000
).
2.
R. A.
Snavely
,
M. H.
Key
,
S. P.
Hatchett
,
T. E.
Cowan
,
M.
Roth
,
T. W.
Phillips
,
M. A.
Stoyer
,
E. A.
Henry
,
T. C.
Sangster
,
M. S.
Singh
 et al,
Phys. Rev. Lett.
85
,
2945
(
2000
).
3.
S. C.
Wilks
,
A. B.
Langdon
,
T. E.
Cowan
,
M.
Roth
,
M.
Singh
,
S.
Hatchett
,
M. H.
Key
,
D.
Pennington
,
A.
MacKinnon
, and
R. A.
Snavely
,
Phys. Plasmas
8
,
542
(
2001
).
4.
T. E.
Cowan
,
J.
Fuchs
,
H.
Ruhl
,
A.
Kemp
,
P.
Audebert
,
M.
Roth
,
R.
Stephens
,
I.
Barton
,
A.
Blazevic
,
E.
Brambrink
 et al,
Phys. Rev. Lett.
92
,
204801
(
2004
).
5.
C.-M. C.
Ma
,
R. L.
Maughan
, and
C. G.
Orton
,
Med. Phys.
33
,
571
(
2006
).
6.
M.
Roth
,
T. E.
Cowan
,
M. H.
Key
,
S. P.
Hatchett
,
C.
Brown
,
W.
Fountain
,
J.
Johnson
,
D. M.
Pennington
,
R. A.
Snavely
,
S. C.
Wilks
 et al,
Nat. Phys.
86
,
436
(
2001
).
7.
C.
Perego
,
A.
Zani
,
D.
Batani
, and
M.
Passoni
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A
,
653
,
89
(
2011
).
8.
J.
Fuchs
,
P.
Antici
,
E.
d’Humières
,
E.
Lefebvre
,
M.
Borghesi
,
E.
Brambrink
,
C. A.
Cecchetti
,
M.
Kaluza
,
V.
Malka
,
M.
Manclossi
 et al,
Nat. Phys.
8
,
48
(
2006
).
9.
L.
Robson
,
P.
Simpson
,
P.
McKenna
,
K.
Ledingham
,
R.
Clarke
,
T.
McCanny
,
D.
Neely
,
O.
Lundh
,
F.
Lindau
,
C.-G.
Wahlström
 et al,
Nat. Phys.
3
,
58
(
2007
).
10.
M.
Passoni
,
L.
Bertagna
, and
A.
Zani
,
New J. Phys.
12
,
045012
(
2010
).
11.
C. M.
Brenner
,
J. S.
Green
,
A. P. L.
Robinson
,
D. C.
Carroll
,
B.
Dromey
,
P. S.
Foster
,
S.
Kar
,
Y. T.
Li
,
K.
Markey
,
C.
Spindloe
 et al,
Laser Part. Beams
29
,
345
(
2011
).
12.
J. S.
Green
,
D. C.
Carroll
,
C.
Brenner
,
B.
Dromey
,
P. S.
Foster
,
S.
Kar
,
Y. T.
Li
,
K.
Markey
,
P.
McKenna
,
D.
Neely
 et al,
New J. Phys.
12
,
085012
(
2010
).
13.
J. A.
King
,
K.
Akli
,
B.
Zhang
,
R. R.
Freeman
,
M. H.
Key
,
C. D.
Chen
,
S. P.
Hatchett
,
J. A.
Koch
,
A. J.
MacKinnon
,
P. K.
Patel
 et al,
Appl. Phys. Lett.
86
,
191501
(
2005
).
14.
F.
Nürnberg
,
M.
Schollmeier
,
E.
Brambrink
,
A. A.
Blažević
,
D. C.
Carroll
,
K.
Flippo
,
D. C.
Gautier
,
M.
Geiß
,
K.
Harres
,
B. M.
Hegelich
 et al,
Rev. Sci. Instrum.
80
,
033301
(
2009
).
16.
S. C.
Wilks
,
W. L.
Kruer
,
M.
Tabak
, and
A. B.
Langdon
,
Phys. Rev. Lett.
69
,
1383
(
1992
).
17.
P. M.
Nilson
,
W.
Theobald
,
J.
Myatt
,
C.
Stoeckl
,
M.
Storm
,
O. V.
Gotchev
,
J. D.
Zuegel
,
R.
Betti
,
D. D.
Meyerhofer
, and
T. C.
Sangster
,
Phys. Plasmas
15
,
056308
(
2008
).
18.
Warren J.
Smith
,
Modern Optical Engineering: The Design of Optical Systems
, 4th ed. (
McGraw-Hill
,
New York
,
2008
), p.
257
.
19.
L.
Romagnani
,
J.
Fuchs
,
M.
Borghesi
,
P.
Antici
,
P.
Audebert
,
F.
Ceccherini
,
T.
Cowan
,
T.
Grismayer
,
S.
Kar
,
A.
Macchi
 et al,
Phys. Rev. Lett.
95
,
195001
(
2005
).
20.
E.
Brambrink
,
M.
Roth
,
A.
Blazevic
, and
T.
Schlegel
,
Laser Part. Beams
24
,
163
(
2006
).
21.
D. C.
Carroll
,
P.
McKenna
,
O.
Lundh
,
F.
Lindau
,
C.-G.
Wahlström
,
S.
Bandyopadhyay
,
D.
Pepler
,
D.
Neely
,
S.
Kar
,
P. T.
Simpson
 et al,
Phys. Rev. E
76
,
065401
(
2007
).
You do not currently have access to this content.