Pulse-cleaning plasma mirrors are widely employed to improve ultraintense laser contrast, but much of the literature concerning their effect on the reflected pulse is empirical. A simulation study of pulse-cleaning plasma mirrors using the particle-in-cell code large scale plasma is presented. The importance of capturing initial ionization from neutral atoms, collisional effects, and simulation dimensionality is considered. Excellent agreement with experimental data is obtained when a multiphoton ionization model is employed. Furthermore, a series of 2D simulations is shown to accurately replicate both the reflected light intensity and mode obtained from full 3D simulations at significantly reduced computation cost.

1.
P.
McKenna
,
D.
Carroll
,
O.
Lundh
,
F.
Nürnberg
,
K.
Markey
,
S.
Bandyopadhyay
,
D.
Batani
,
R.
Evans
,
R.
Jafer
,
S.
Kar
 et al.,
Laser Part. Beams
26
,
591
596
(
2008
).
2.
D.
Batani
,
R.
Jafer
,
M.
Veltcheva
,
R.
Dezulian
,
O.
Lundh
,
F.
Lindau
,
A.
Persson
,
K.
Osvay
,
C.-G.
Wahlström
,
D. C.
Carroll
,
P.
McKenna
,
A.
Flacco
, and
V.
Malka
,
New J. Phys.
12
,
045018
(
2010
).
3.
C. M.
Brenner
,
A. P. L.
Robinson
,
K.
Markey
,
R. H. H.
Scott
,
R. J.
Gray
,
M.
Rosinski
,
O.
Deppert
,
J.
Badziak
,
D.
Batani
,
J. R.
Davies
,
S. M.
Hassan
,
K. L.
Lancaster
,
K.
Li
,
I. O.
Musgrave
,
P. A.
Norreys
,
J.
Pasley
,
M.
Roth
,
H.-P.
Schlenvoigt
,
C.
Spindloe
,
M.
Tatarakis
,
T.
Winstone
,
J.
Wolowski
,
D.
Wyatt
,
P.
McKenna
, and
D.
Neely
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
081123
(
2014
).
4.
D.
von der Linde
,
T.
Engers
,
G.
Jenke
,
P.
Agostini
,
G.
Grillon
,
E.
Nibbering
,
A.
Mysyrowicz
, and
A.
Antonetti
,
Phys. Rev. A
52
,
R25
(
1995
).
5.
M.
Schollmeier
,
A. B.
Sefkow
,
M.
Geissel
,
A. V.
Arefiev
,
K. A.
Flippo
,
S. A.
Gaillard
,
R. P.
Johnson
,
M. W.
Kimmel
,
D. T.
Offermann
,
P. K.
Rambo
,
J.
Schwarz
, and
T.
Shimada
,
Phys. Plasmas
22
,
043116
(
2015
).
6.
F.
Wagner
,
S.
Bedacht
,
A.
Ortner
,
M.
Roth
,
A.
Tauschwitz
,
B.
Zielbauer
, and
V.
Bagnoud
,
Opt. Express
22
,
29505
(
2014
).
7.
G.
Doumy
,
F.
Quéré
,
O.
Gobert
,
M.
Perdrix
,
P.
Martin
,
P.
Audebert
,
J. C.
Gauthier
,
J.-P.
Geindre
, and
T.
Wittmann
,
Phys. Rev. E
69
,
026402
(
2004
).
8.
B.
Dromey
,
S.
Kar
,
M.
Zepf
, and
P.
Foster
,
Rev. Sci. Instrum.
75
,
645
(
2004
).
9.
C.
Ziener
,
P.
Foster
,
E.
Divall
,
C. J.
Hooker
,
M.
Hutchinson
,
A. J.
Langley
, and
D.
Neely
,
J. Appl. Phys.
93
,
768
(
2003
).
10.
L.
Obst
,
J.
Metzkes-Ng
,
S.
Bock
,
G. E.
Cochran
,
T. E.
Cowan
,
T.
Oksenhendler
,
P. L.
Poole
,
I.
Prencipe
,
M.
Rehwald
,
C.
Rödel
,
H.-P.
Schlenvoigt
,
U.
Schramm
,
D. W.
Schumacher
,
T.
Ziegler
, and
K.
Zeil
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
60
,
054007
(
2018
).
11.
A.
Pukhov
,
T.
Baeva
,
D. a d
Brügge
, and
S.
Münster
,
Eur. Phys. J. D
55
,
407
(
2009
).
12.
C.
Thaury
,
F.
Quéré
,
J.-P.
Geindre
,
A.
Levy
,
T.
Ceccotti
,
P.
Monot
,
M.
Bougeard
,
F.
Réau
,
P.
d'Oliveira
,
P.
Audebert
,
R.
Marjoribanks
, and
P.
Martin
,
Nat. Phys.
3
,
424
(
2007
).
13.
N. M.
Naumova
,
C. P.
Hauri
,
J. A.
Nees
,
I. V.
Sokolov
,
R.
Lopez-Martens
, and
G. A.
Mourou
,
New J. Phys.
10
,
025022
(
2008
).
14.
G. G.
Scott
,
V.
Bagnoud
,
C.
Brabetz
,
R. J.
Clarke
,
J. S.
Green
,
R. I.
Heathcote
,
H. W.
Powell
,
B.
Zielbauer
,
T. D.
Arber
,
P.
McKenna
, and
D.
Neely
,
New J. Phys.
17
,
033027
(
2015
).
15.
S. K.
Mishra
,
A.
Andreev
, and
M. P.
Kalashinikov
,
Opt. Express
25
,
11637
(
2017
).
16.
A.
Lawrence-Douglas
, “
Ionisation effects for laser-plasma interactions by particle-in-cell code
,” Ph.D. thesis (
University of Warwick
,
2013
).
17.
P. L.
Poole
,
A.
Krygier
,
G. E.
Cochran
,
P. S.
Foster
,
G. G.
Scott
,
L. A.
Wilson
,
J.
Bailey
,
N.
Bourgeois
,
C.
Hernandez-Gomez
,
D.
Neely
,
P. P.
Rajeev
, and
D. W.
Schumacher
,
Sci. Rep.
6
,
32041
(
2016
).
18.
D.
Welch
,
D.
Rose
,
R.
Clark
,
T.
Genoni
, and
T.
Hughes
, in
Proceedings of the 18th International Conference on the Numerical Simulation of Plasmas
(
2004
), Vol.
164
, p.
183
.
19.
P. L.
Poole
,
C. D.
Andereck
,
D. W.
Schumacher
,
R. L.
Daskalova
,
S.
Feister
,
K. M.
George
,
C.
Willis
,
K. U.
Akli
, and
E. A.
Chowdhury
,
Phys. Plasmas
21
,
063109
(
2014
).
20.
P. L.
Poole
,
C.
Willis
,
G. E.
Cochran
,
R. T.
Hanna
,
C. D.
Andereck
, and
D. W.
Schumacher
,
Appl. Phys. Lett.
109
,
151109
(
2016
).
21.
22.
L.
Keldysh
,
J. Exp. Theor. Phys.
20.5
,
1307
(
1965
).
23.
M.
Ammosov
,
J. Exp. Theor. Phys.
64
,
1191
(
1986
).
24.
N. B.
Delone
and
V. P.
Krainov
,
Phys.-Usp.
41
,
469
(
1998
).
25.
F. A.
Ilkov
,
J. E.
Decker
, and
S. L.
Chin
,
J. Phys. B: At., Mol. Opt. Phys.
25
,
4005
(
1992
).
26.
J.
Sansonetti
and
W.
Martin
,
J. Phys. Chem. Ref. Data
34
,
1559
(
2005
).
27.
S.
Lias
, “
Ionization energy evaluation
,” in
NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69
(
National Institute of Standards and Technology
,
Gaithersburg
,
2018
).
28.
C. J. G. J.
Uiterwaal
,
D.
Xenakis
,
D.
Charalambidis
,
P.
Maragakis
,
H.
Schröder
, and
P.
Lambropoulos
,
Phys. Rev. A
57
,
392
(
1998
).
29.
M. E.
Jones
,
D. S.
Lemons
,
R. J.
Mason
,
V. A.
Thomas
, and
D.
Winske
,
J. Comput. Phys.
123
,
169
(
1996
).
30.
L.
Spitzer
,
Physics of Fully Ionized Gases
(
Courier Corporation
,
1963
).
31.
J. D.
Huba
,
Plasma Physics
(
Naval Research Laboratory
,
Washington, DC
,
2018
), pp.
1
71
.
32.
Y.
Sentoku
and
A. J.
Kemp
,
J. Comput. Phys.
227
,
6846
(
2008
).
33.
Y.
Ping
,
R.
Shepherd
,
B. F.
Lasinski
,
M.
Tabak
,
H.
Chen
,
H. K.
Chung
,
K. B.
Fournier
,
S. B.
Hansen
,
A.
Kemp
,
D. A.
Liedahl
,
K.
Widmann
,
S. C.
Wilks
,
W.
Rozmus
, and
M.
Sherlock
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
085004
(
2008
).
34.
Y.
Tang
,
C. J.
Hooker
,
O. V.
Chekhlov
,
S.
Hawkes
,
B.
Parry
,
K.
Ertel
,
J.
Collier
, and
P. P.
Rajeev
, in
CLEO: 2013
(Optical Society of America,
2013
), p.
CTu2D.4
.
35.
V.
Ginsburg
,
Propagation of Electromagnetic Waves in Plasmas
(
Gordon and Breach
,
New York
,
1960
).
36.
S. C.
Wilks
and
W. L.
Kruer
,
IEEE J. Quantum Electron.
33
,
1954
(
1997
).
37.
T. B.
Yang
,
W. L.
Kruer
,
A. B.
Langdon
, and
T. W.
Johnston
,
Phys. Plasmas
3
,
2702
(
1996
).
38.
P. J.
Catto
and
R. M.
More
,
Phys. Fluids
20
,
704
(
1977
).
39.
E. S.
Weibel
,
Phys. Fluids
10
,
741
(
1967
).
40.
P.
Gibbon
,
Short Pulse Laser Interactions with Matter: An Introduction
(
Imperial College Press
,
2005
).
41.
A. J.
Kemp
and
L.
Divol
,
Phys. Plasmas
23
,
090703
(
2016
).
You do not currently have access to this content.