We present ultrafast dynamics of solid-density plasma created by high-contrast (picosecond contrast ∼10−9), high-intensity (∼4 × 1018 W/cm2) laser pulses using time-resolved pump-probe Doppler spectrometry. Experiments show a rapid rise in blue-shift at early time delay (2–4.3 ps) followed by a rapid fall (4.3–8.3 ps) and then a slow rise in blue-shift at later time delays (>8.3 ps). Simulations show that the early-time observations, specifically the absence of any red-shifting of the reflected probe, can only be reproduced if the front surface is unperturbed by the laser pre-pulse at the moment that the high intensity pulse arrives. A flexible diagnostic which is capable of diagnosing the presence of low-levels of pre-plasma formation would be useful for potential applications in laser-produced proton and ion production, such as cancer therapy and security imaging.

1.
R. P.
Drake
,
High Energy Density Physics
(
Springer-Verlag
,
Berlin, Heidelberg
,
2006
).
2.
P.
Gibbon
,
Short Pulse Laser Interactions with Matter
(
Imperial College Press
,
2005
).
3.
G. A.
Mourou
,
T.
Tajima
, and
S. V.
Bulanov
,
Rev. Mod. Phys.
78
,
309
(
2006
).
4.
L.
Yu-Tong
,
W.
Wei-Min
,
L.
Chun
, and
S.
Zheng-Ming
,
Chin. Phys. B
21
,
095203
(
2012
).
5.
J.
Faure
,
Y.
Glinec
,
A.
Pukhov
,
S.
Kiselev
,
S.
Gordienko
,
E.
Lefebvre
,
J. P.
Rousseau
,
F.
Burgy
, and
V.
Malka
,
Nature
431
,
541
(
2004
).
6.
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
).
7.
H.
Chen
,
S. C.
Wilks
,
J. D.
Bonlie
,
E. P.
Liang
,
J.
Myatt
,
D. F.
Price
,
D. D.
Meyerhofer
, and
P.
Beiersdorfer
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
105001
(
2009
).
8.
S. C.
Wilks
and
W. L.
Kruer
,
IEEE J. Quantum Electron.
33
,
1954
(
1997
).
9.
W. L.
Kruer
,
The Physics of Laser Plasma Interactions
(
Westview Press
,
Boulder, Colorado
,
2003
).
10.
P.
Gibbon
and
E.
Forster
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
38
,
769
(
1996
).
11.
Y.
Ping
,
A. J.
Kemp
,
L.
Divol
,
M. H.
Key
,
P. K.
Patel
,
K. U.
Akli
,
F. N.
Beg
,
S.
Chawla
,
C. D.
Chen
,
R. R.
Freeman
,
D.
Hey
,
D. P.
Higginson
,
L. C.
Jarrott
,
G. E.
Kemp
,
A.
Link
,
H. S.
McLean
,
H.
Sawada
,
R. B.
Stephens
,
D.
Turnbull
,
B.
Westover
, and
S. C.
Wilks
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
145006
(
2012
).
12.
S.
Mondal
,
A. D.
Lad
,
S.
Ahmed
,
V.
Narayanan
,
J.
Pasley
,
P. P.
Rajeev
,
A. P. L.
Robinson
, and
G. R.
Kumar
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
105002
(
2010
).
13.
A.
Adak
,
D. R.
Blackman
,
G.
Chatterjee
,
P. K.
Singh
,
A. D.
Lad
,
P.
Brijesh
,
A. P. L.
Robinson
,
J.
Pasley
, and
G. R.
Kumar
,
Phys. Plasmas
21
,
062704
(
2014
).
14.
S.
Fourmaux
,
S.
Payeur
,
S.
Buffechoux
,
P.
Lassonde
,
C.
St-Pierre
,
F.
Martin
, and
J. C.
Kieffer
,
Opt. Express
19
,
8486
(
2011
).
15.
M.
Shaikh
,
A. D.
Lad
,
K.
Jana
,
D.
Sarkar
,
I.
Dey
, and
G. R.
Kumar
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
59
,
014007
(
2017
).
16.
I.
Dey
,
A.
Adak
,
P. K.
Singh
,
M.
Shaikh
,
G.
Chatterjee
,
D.
Sarkar
,
A. D.
Lad
, and
G. R.
Kumar
,
Opt. Express
24
,
28419
(
2016
).
17.
M.
Cerchez
,
R.
Jung
,
J.
Osterholz
,
T.
Toncian
,
O.
Willi
,
P.
Mulser
, and
H.
Ruhl
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
245001
(
2008
).
18.
L. M.
Chen
,
M.
Kando
,
M. H.
Xu
,
Y. T.
Li
,
J.
Koga
,
M.
Chen
,
H.
Xu
,
X. H.
Yuan
,
Q. L.
Dong
,
Z. M.
Sheng
,
S. V.
Bulanov
,
Y.
Kato
,
J.
Zhang
, and
T.
Tajima
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
045004
(
2008
).
19.
B.
Dromey
,
M.
Zepf
,
A.
Gopal
,
K.
Lancaster
,
M. S.
Wei
,
K.
Krushelnick
,
M.
Tatarakis
,
N.
Vakakis
,
S.
Moustaizis
,
R.
Kodama
,
M.
Tampo
,
C.
Stoeckl
,
R.
Clarke
,
H.
Habara
,
D.
Neely
,
S.
Karsch
, and
P.
Norreys
,
Nat. Phys.
2
,
456
(
2006
).
20.
F.
Wagner
,
S.
Bedacht
,
A.
Ortner
,
M.
Roth
,
A.
Tauschwitz
,
B.
Zielbauer
, and
V.
Bagnoud
,
Opt. Express
22
,
29505
(
2014
).
21.
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
,
K.
Yasuike
,
H.
Ruhl
,
F.
Pegoraro
,
S. V.
Bulanov
,
E. M.
Campbell
,
M. D.
Perry
, and
H.
Powell
,
Phys. Rev. Lett.
86
,
436
(
2001
).
22.
D.
Neely
,
P.
Foster
, and
A.
Robinson
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
021502
(
2006
).
23.
V.
Malka
,
J.
Faure
,
Y. A.
Gauduel
,
E.
Lefebvre
,
A.
Rousse
, and
K. T.
Phuoc
,
Nat. Phys.
4
,
447
(
2008
).
24.
L. M.
Barker
and
R. E.
Hollenbach
,
J. Appl. Phys.
43
,
4669
(
1972
).
25.
P. M.
Celliers
,
D. K.
Bradley
,
G. W.
Collins
,
D. G.
Hicks
,
T. R.
Boehly
, and
W. J.
Armstrong
,
Rev. Sci. Instrum.
75
,
4916
(
2004
).
26.
E.
Kudeki
and
G. R.
Stitt
,
Geophys. Res. Lett.
14
,
198
, (
1987
).
27.
A.
Benuzzi-Mounaix
,
M.
Koenig
, and
J. M.
Boudenne
,
Phys. Rev. E
60
,
2488
(
1999
).
28.
R.
Trebino
,
K. W.
DeLong
,
D. N.
Fittinghoff
,
J. N.
Sweetser
,
M. A.
Krumbugel
, and
B. A.
Richman
,
Rev. Sci. Instrum.
68
,
3277
(
1997
).
29.
C.
Iaconis
and
I. A.
Walmsley
,
Opt. Lett.
23
,
792
(
1998
).
30.
X.
Liu
and
D.
Umstadter
,
Phys. Rev. Lett.
69
,
1935
(
1992
).
31.
T. D.
Arber
,
K.
Bennett
,
C. S.
Brady
,
A.
Lawrence-Douglas
,
M. G.
Ramsay
,
N. J.
Sircombe
,
P.
Gillies
,
R. G.
Evans
,
H.
Schmitz
,
A. R.
Bell
, and
C. P.
Ridgers
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
57
,
113001
(
2015
).
You do not currently have access to this content.