The active plasma lens represents a compact and affordable tool with radially symmetric focusing and field gradients up to several kT/m. In order to be used as a focusing device, its effects on the particle beam distribution must be well characterized. Here, we present the experimental results obtained by focusing an high-brightness electron beam by means of a 3 cm-long discharge-capillary pre-filled with Hydrogen gas. We achieved minimum spot sizes of 24 μ m (rms) showing that, during plasma lensing, the beam emittance increases due to nonlinearities in the focusing field. The results have been cross-checked with numerical simulations, showing an excellent agreement.

1.
P.
Chen
,
J.
Dawson
,
R. W.
Huff
, and
T.
Katsouleas
,
Phys. Rev. Lett.
54
,
693
(
1985
).
2.
M.
Litos
,
E.
Adli
,
W.
An
,
C.
Clarke
,
C.
Clayton
,
S.
Corde
,
J.
Delahaye
,
R.
England
,
A.
Fisher
,
J.
Frederico
 et al.,
Nature
515
,
92
(
2014
).
3.
F.
Giorgianni
,
E.
Chiadroni
,
A.
Rovere
,
M.
Cestelli-Guidi
,
A.
Perucchi
,
M.
Bellaveglia
,
M.
Castellano
,
D.
Di Giovenale
,
G.
Di Pirro
,
M.
Ferrario
 et al.,
Nat. Commun.
7
,
11421
(
2016
).
4.
V.
Petrillo
,
M.
Anania
,
M.
Artioli
,
A.
Bacci
,
M.
Bellaveglia
,
E.
Chiadroni
,
A.
Cianchi
,
F.
Ciocci
,
G.
Dattoli
,
D.
Di Giovenale
 et al.,
Phys. Rev. Lett.
111
,
114802
(
2013
).
5.
R. W.
Schoenlein
,
W.
Leemans
,
A.
Chin
, and
P.
Volfbeyn
,
Science
274
,
236
(
1996
).
6.
A.
Bacci
,
D.
Alesini
,
P.
Antici
,
M.
Bellaveglia
,
R.
Boni
,
E.
Chiadroni
,
A.
Cianchi
,
C.
Curatolo
,
G.
Di Pirro
,
A.
Esposito
 et al.,
J. Appl. Phys.
113
,
194508
(
2013
).
7.
R.
Li
and
P.
Musumeci
,
Phys. Rev. Appl.
2
,
024003
(
2014
).
8.
J.
Lim
,
P.
Frigola
,
G.
Travish
,
J.
Rosenzweig
,
S.
Anderson
,
W.
Brown
,
J.
Jacob
,
C.
Robbins
, and
A.
Tremaine
,
Phys. Rev. Spec. Top.-Accel. Beams
8
,
072401
(
2005
).
9.
P.
Chen
,
K.
Oide
,
A.
Sessler
, and
S.
Yu
,
Phys. Rev. Lett.
64
,
1231
(
1990
).
10.
J.
Rosenzweig
,
B.
Breizman
,
T.
Katsouleas
, and
J.
Su
,
Phys. Rev. A
44
,
R6189
(
1991
).
11.
H.
Nakanishi
,
Y.
Yoshida
,
T.
Ueda
,
T.
Kozawa
,
H.
Shibata
,
K.
Nakajima
,
T.
Kurihara
,
N.
Yugami
,
Y.
Nishida
,
T.
Kobayashi
 et al.,
Phys. Rev. Lett.
66
,
1870
(
1991
).
12.
G.
Hairapetian
,
P.
Davis
,
C.
Clayton
,
C.
Joshi
,
S.
Hartman
,
C.
Pellegrini
, and
T.
Katsouleas
,
Phys. Rev. Lett.
72
,
2403
(
1994
).
13.
W. K. H.
Panofsky
and
W.
Baker
,
Rev. Sci. Instrum.
21
,
445
(
1950
).
14.
E.
Boggasch
,
A.
Tauschwitz
,
H.
Wahl
,
K.-G.
Dietrich
,
D.
Hoffmann
,
W.
Laux
,
M.
Stetter
, and
R.
Tkotz
,
Appl. Phys. Lett.
60
,
2475
(
1992
).
15.
J.
Van Tilborg
,
S.
Steinke
,
C.
Geddes
,
N.
Matlis
,
B.
Shaw
,
A.
Gonsalves
,
J.
Huijts
,
K.
Nakamura
,
J.
Daniels
,
C.
Schroeder
 et al.,
Phys. Rev. Lett.
115
,
184802
(
2015
).
16.
M.
Ferrario
,
D.
Alesini
,
M.
Anania
,
A.
Bacci
,
M.
Bellaveglia
,
O.
Bogdanov
,
R.
Boni
,
M.
Castellano
,
E.
Chiadroni
,
A.
Cianchi
 et al.,
Nucl. Instrum. Methods B
309
,
183
(
2013
).
17.
A.
Biagioni
,
M.
Anania
,
M.
Bellaveglia
,
E.
Chiadroni
,
A.
Cianchi
,
D.
Di Giovenale
,
G.
Di Pirro
,
M.
Ferrario
,
F.
Filippi
,
A.
Mostacci
 et al.,
J. Instrum.
11
,
C08003
(
2016
).
18.
D.
Alesini
,
S.
Bertolucci
,
M.
Biagini
,
C.
Biscari
,
R.
Boni
,
M.
Boscolo
,
M.
Castellano
,
A.
Clozza
,
G.
Di Pirro
,
A.
Drago
 et al.,
Nucl. Instrum. Methods A
507
,
345
(
2003
).
19.
A.
Cianchi
,
D.
Alesini
,
A.
Bacci
,
M.
Bellaveglia
,
R.
Boni
,
M.
Boscolo
,
M.
Castellano
,
L.
Catani
,
E.
Chiadroni
,
S.
Cialdi
 et al.,
Phys. Rev. Spec. Top.-Accel. Beams
11
,
032801
(
2008
).
20.
M.
Ferrario
,
D.
Alesini
,
A.
Bacci
,
M.
Bellaveglia
,
R.
Boni
,
M.
Boscolo
,
M.
Castellano
,
E.
Chiadroni
,
A.
Cianchi
,
L.
Cultrera
 et al.,
Phys. Rev. Lett.
104
,
054801
(
2010
).
21.
D.
Alesini
,
G.
Di Pirro
,
L.
Ficcadenti
,
A.
Mostacci
,
L.
Palumbo
,
J.
Rosenzweig
, and
C.
Vaccarezza
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A
568
,
488
(
2006
).
22.
M.
Anania
,
A.
Biagioni
,
E.
Chiadroni
,
A.
Cianchi
,
M.
Croia
,
A.
Curcio
,
D.
Di Giovenale
,
G.
Di Pirro
,
F.
Filippi
,
A.
Ghigo
 et al.,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A
829
,
254
(
2016
).
23.
N.
Bobrova
,
S.
Bulanov
,
D.
Farina
,
R.
Pozzoli
,
T.
Razinkova
,
J.
Sakai
,
P.
Sasorov
, and
I.
Sokolov
,
Laser Part. Beams
18
,
623
(
2000
).
24.
D.
Spence
,
A.
Butler
, and
S.
Hooker
,
JOSA B
20
,
138
(
2003
).
25.
A.
Mostacci
,
M.
Bellaveglia
,
E.
Chiadroni
,
A.
Cianchi
,
M.
Ferrario
,
D.
Filippetto
,
G.
Gatti
, and
C.
Ronsivalle
,
Phys. Rev. Spec. Top.-Accel. Beams
15
,
082802
(
2012
).
26.
A.
Cianchi
,
D.
Alesini
,
M.
Anania
,
A.
Bacci
,
M.
Bellaveglia
,
M.
Castellano
,
E.
Chiadroni
,
D.
Di Giovenale
,
G.
Di Pirro
,
M.
Ferrario
 et al.,
Phys. Rev. Spec. Top.-Accel. Beams
18
,
082804
(
2015
).
27.
F.
Filippi
,
M.
Anania
,
A.
Biagioni
,
E.
Chiadroni
,
A.
Cianchi
,
M.
Ferrario
,
A.
Mostacci
,
L.
Palumbo
, and
A.
Zigler
,
J. Instrum.
11
,
C09015
(
2016
).
28.
N.
Bobrova
,
A.
Esaulov
,
J.-I.
Sakai
,
P.
Sasorov
,
D.
Spence
,
A.
Butler
,
S.
Hooker
, and
S.
Bulanov
,
Phys. Rev. E
65
,
016407
(
2001
).
29.
S.
Eliezer
,
The Interaction of High-Power Lasers with Plasmas
(
CRC Press
,
2002
).
30.
J.
Su
,
T.
Katsouleas
,
J.
Dawson
, and
R.
Fedele
,
Phys. Rev. A
41
,
3321
(
1990
).
31.
M.
De Loos
and
S.
Van der Geer
, in
5th European Particle Accelerator Conference
(
1996
), p.
1241
.
32.
A.
Marocchino
,
F.
Massimo
,
A.
Rossi
,
E.
Chiadroni
, and
M.
Ferrario
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A
829
,
386
(
2016
).
33.
W.
Lu
,
C.
Huang
,
M.
Zhou
,
W.
Mori
, and
T.
Katsouleas
,
Phys. Plasmas
12
,
063101
(
2005
).
You do not currently have access to this content.