The laser-driven acceleration of protons from thin foils irradiated by hollow high-intensity laser beams in the regime of target normal sheath acceleration (TNSA) is reported for the first time. The use of hollow beams aims at reducing the initial emission solid angle of the TNSA source, due to a flattening of the electron sheath at the target rear side. The experiments were conducted at the PHELIX laser facility at the GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH with laser intensities in the range from 1018Wcm2 to 1020Wcm2. We observed an average reduction of the half opening angle by (3.07±0.42)° or (13.2±2.0)% when the targets have a thickness between 12 μm and 14 μm. In addition, the highest proton energies were achieved with the hollow laser beam in comparison to the typical Gaussian focal spot.

1.
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
).
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
,
S. C.
Wilks
,
A.
MacKinnon
,
A.
Offenberger
,
D. M.
Pennington
,
K.
Yasuike
,
A. B.
Langdon
,
B. F.
Lasinski
,
J.
Johnson
,
M. D.
Perry
, and
E. M.
Campbell
,
Phys. Rev. Lett.
85
,
2945
(
2000
).
3.
T. E.
Cowan
,
J.
Fuchs
,
H.
Ruhl
,
A.
Kemp
,
P.
Audebert
,
M.
Roth
,
R.
Stephens
,
I.
Barton
,
A.
Blažević
,
E.
Brambrink
,
J.
Cobble
,
J.
Fernández
,
J.-C.
Gauthier
,
M.
Geissel
,
M.
Hegelich
,
J.
Kaae
,
S.
Karsch
,
G. P.
Le Sage
,
S.
Letzring
,
M.
Manclossi
,
S.
Meyroneinc
,
A.
Newkirk
,
H.
Pépin
, and
N.
Renard-LeGalloudec
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
204801
(
2004
).
4.
J.
Fuchs
,
T. E.
Cowan
,
P.
Audebert
,
H.
Ruhl
,
L.
Gremillet
,
A.
Kemp
,
M.
Allen
,
A.
Blažević
,
J.-C.
Gauthier
,
M.
Geissel
,
M.
Hegelich
,
S.
Karsch
,
P.
Parks
,
M.
Roth
,
Y.
Sentoku
,
R.
Stephens
, and
E. M.
Campbell
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
255002
(
2003
).
5.
P.
Mora
,
Phys. Rev. Lett.
90
,
185002
(
2003
).
6.
L.
Robson
,
P. T.
Simpson
,
R. J.
Clarke
,
K. W. D.
Ledingham
,
F.
Lindau
,
O.
Lundh
,
T.
McCanny
,
P.
Mora
,
D.
Neely
,
C.-G.
Wahlstrom
,
M.
Zepf
, and
P.
McKenna
,
Nat. Phys.
3
,
58
(
2007
).
7.
A.
Almomani
,
M.
Droba
,
U.
Ratzinger
, and
I.
Hofmann
,
Phys. Rev. Spec. Top. Accel. Beams
15
,
051302
(
2012
).
8.
S.
Busold
,
A.
Almomani
,
V.
Bagnoud
,
W.
Barth
,
S.
Bedacht
,
A.
Blažević
,
O.
Boine-Frankenheim
,
C.
Brabetz
,
T.
Burris-Mog
,
T.
Cowan
,
O.
Deppert
,
M.
Droba
,
H.
Eickhoff
,
U.
Eisenbarth
,
K.
Harres
,
G.
Hoffmeister
,
I.
Hofmann
,
O.
Jäckel
,
R.
Jäger
,
M.
Joost
,
S.
Kraft
,
F.
Kroll
,
M.
Kaluza
,
O.
Kester
,
Z.
Lecz
,
T.
Merz
,
F.
Nürnberg
,
H.
Al-Omari
,
A.
Orzhekhovskaya
,
G.
Paulus
,
J.
Polz
,
U.
Ratzinger
,
M.
Roth
,
G.
Schaumann
,
P.
Schmidt
,
U.
Schramm
,
G.
Schreiber
,
D.
Schumacher
,
T.
Stöhlker
,
A.
Tauschwitz
,
W.
Vinzenz
,
F.
Wagner
,
S.
Yaramyshev
, and
B.
Zielbauer
,
Numer. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A
740
,
94
(
2014
).
9.
B. A.
Remington
,
D.
Arnett
,
R.
Paul
,
Drake
, and
H.
Takabe
,
Science
284
,
1488
(
1999
).
10.
L.
Romagnani
,
J.
Fuchs
,
M.
Borghesi
,
P.
Antici
,
P.
Audebert
,
F.
Ceccherini
,
T.
Cowan
,
T.
Grismayer
,
S.
Kar
,
A.
Macchi
,
P.
Mora
,
G.
Pretzler
,
A.
Schiavi
,
T.
Toncian
, and
O.
Willi
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
195001
(
2005
).
11.
S.
Bulanov
and
V.
Khoroshkov
,
Plasma Phys. Rep.
28
,
453
(
2002
).
12.
T.
Toncian
,
M.
Borghesi
,
J.
Fuchs
,
E.
d'Humires
,
P.
Antici
,
P.
Audebert
,
E.
Brambrink
,
C. A.
Cecchetti
,
A.
Pipahl
,
L.
Romagnani
, and
O.
Willi
,
Science
312
,
410
(
2006
).
13.
K.
Sueda
,
G.
Miyaji
,
N.
Miyanaga
, and
M.
Nakatsuka
,
Opt. Express
12
,
3548
(
2004
).
14.
C.
Brabetz
,
U.
Eisenbarth
,
O.
Kester
,
T.
Stöhlker
,
T.
Cowan
,
B.
Zielbauer
, and
V.
Bagnoud
,
OSA Technical Digest
(
Optical Society of America
,
San Jose, California
,
2012
), p.
JTu1K.5
.
15.
V.
Bagnoud
,
B.
Aurand
,
A.
Blažević
,
S.
Borneis
,
C.
Bruske
,
B.
Ecker
,
U.
Eisenbarth
,
J.
Fils
,
A.
Frank
,
E.
Gaul
,
S.
Goette
,
C.
Haefner
,
T.
Hahn
,
K.
Harres
,
H.-M.
Heuck
,
D.
Hochhaus
,
D.
Hoffmann
,
D.
Javorková
,
H.-J.
Kluge
,
T.
Kuehl
,
S.
Kunzer
,
M.
Kreutz
,
T.
Merz-Mantwill
,
P.
Neumayer
,
E.
Onkels
,
D.
Reemts
,
O.
Rosmej
,
M.
Roth
,
T.
Stoehlker
,
A.
Tauschwitz
,
B.
Zielbauer
,
D.
Zimmer
, and
K.
Witte
,
Appl. Phys. B
100
,
137
(
2010
).
16.
See http://www.ccpp.ac.uk/home/index.html for Extendable PIC Open Collaboration project.
17.
F.
Nürnberg
,
M.
Schollmeier
,
E.
Brambrink
,
A.
Blažević
,
D. C.
Carroll
,
K.
Flippo
,
D. C.
Gautier
,
M.
Geißel
,
K.
Harres
,
B. M.
Hegelich
,
O.
Lundh
,
K.
Markey
,
P.
McKenna
,
D.
Neely
,
J.
Schreiber
, and
M.
Roth
,
Rev. Sci. Instrum.
80
,
033301
(
2009
).
18.
F.
Wagner
,
C.
João
,
J.
Fils
,
T.
Gottschall
,
J.
Hein
,
J.
Körner
,
J.
Limpert
,
M.
Roth
,
T.
Stöhlker
, and
V.
Bagnoud
,
Appl. Phys. B
116
,
429
(
2014
).
You do not currently have access to this content.