A technique developed to measure in time and space the dynamics of the electron populations resulting from the irradiation of thin solids by ultraintense lasers is presented. It is a phase reflectometry technique that uses an optical probe beam reflecting off the target rear surface. The phase of the probe beam is sensitive to both laser-produced fast electrons of low-density streaming into vacuum and warm solid density electrons that are heated by the fast electrons. A time and space resolved interferometer allows to recover the phase of the probe beam sampling the target. The entire diagnostic is computationally modeled by calculating the probe beam phase when propagating through plasma density profiles originating from numerical calculations of plasma expansion. Matching the modeling to the experimental measurements allows retrieving the initial electron density and temperature of both populations locally at the target surface with very high temporal and spatial resolution (4ps,6μm). Limitations and approximations of the diagnostic are discussed and analyzed.

1.
F.
Floux
,
D.
Cognard
,
L. -G.
Denoeud
,
G.
Piar
,
D.
Parisot
,
J. M.
Bobin
,
F.
Delobeau
, and
C.
Fauquignon
,
Phys. Rev. A
1
,
821
(
1970
).
2.
M.
Tabak
,
J.
Hammer
,
M. E.
Glinsky
,
W. L.
Kruer
,
S. C.
Wilks
,
J.
Woodworth
,
E. M.
Campbell
,
M. D.
Perry
, and
R. J.
Mason
,
Phys. Plasmas
1
,
1626
(
1994
).
3.
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
).
5.
M.
Borghesi
,
J.
Fuchs
,
S. V.
Bulanov
,
A. J.
MacKinnon
,
P. K.
Patel
, and
M.
Roth
,
Fusion Sci. Technol.
49
,
412
(
2006
).
6.
S. N.
Chen
,
G.
Gregori
,
P. K.
Patel
,
H. -K.
Chung
,
R. G.
Evans
,
R. R.
Freeman
,
E.
Garcia Saiz
,
S. H.
Glenzer
,
S. B.
Hansen
,
F. Y.
Khattak
,
J. A.
King
,
A. J.
Mackinnon
,
M. M.
Notley
,
J. R.
Pasley
,
D.
Riley
,
R. B.
Stephens
,
R. L.
Weber
,
S. C.
Wilks
, and
F. N.
Beg
,
Phys. Plasmas
14
,
102701
(
2007
).
7.
P. K.
Patel
,
A. J.
Mackinnon
,
M. H.
Key
,
T. E.
Cowan
,
M. E.
Foord
,
M.
Allen
,
D. F.
Price
,
H.
Ruhl
,
P. T.
Springer
, and
R.
Stephens
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
125004
(
2003
).
8.
A.
Mančić
,
A.
Lévy
,
M.
Harmand
,
M.
Nakatsutsumi
,
P.
Antici
,
P.
Audebert
,
P.
Combis
,
S.
Fourmaux
,
S.
Mazevet
,
O.
Peyrusse
,
V.
Recoules
,
P.
Renaudin
,
J.
Robiche
,
F.
Dorchies
, and
J.
Fuchs
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
035002
(
2010
);
[PubMed]
P.
Antici
,
J.
Fuchs
,
S.
Atzeni
,
A.
Benuzzi
,
E.
Brambrink
,
M.
Esposito
,
M.
Koenig
,
A.
Ravasio
,
J.
Schreiber
,
A.
Schiavi
and
P.
Audebert
,
ECA
29C
,
0
3
(
2005
).
9.
P.
Antici
,
J.
Fuchs
,
S.
Atzeni
,
A.
Benuzzi
,
E.
Brambrink
,
M.
Esposito
,
M.
Koenig
,
A.
Ravasio
,
J.
Schreiber
,
A.
Schiavi
, and
P.
Audebert
,
J. Phys. IV
133
,
1077
(
2006
).
10.
P.
Antici
,
J.
Fuchs
,
M.
Borghesi
,
L.
Gremillet
,
T.
Grismayer
,
Y.
Sentoku
,
E.
d’Humières
,
C. A.
Cecchetti
,
A.
Mancic
,
A. C.
Pipahl
,
O.
Willi
,
P.
Mora
, and
P.
Audebert
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
105004
(
2008
).
11.
J. A.
Koch
,
M. H.
Key
,
R. R.
Freeman
,
S. P.
Hatchett
,
R. W.
Lee
,
D.
Pennington
,
R. B.
Stephens
, and
M.
Tabak
,
Phys. Rev. E
65
,
016410
(
2001
).
12.
G.
Malka
and
J. L.
Miquel
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
75
(
1996
).
13.
M. H.
Key
,
M. D.
Cable
,
T. E.
Cowan
,
K. G.
Estabrook
,
B. A.
Hammel
,
S. P.
Hatchett
,
E. A.
Henry
,
D. E.
Hinkel
,
J. D.
Kilkenny
,
J. A.
Koch
,
W. L.
Kruer
,
A. B.
Langdon
,
B. F.
Lasinski
,
R. W.
Lee
,
B. J.
MacGowan
,
A.
MacKinnon
,
J. D.
Moody
,
M. J.
Moran
,
A. A.
Offenberger
,
D. M.
Pennington
,
M. D.
Perry
,
T. J.
Phillips
,
T. C.
Sangster
,
M. S.
Singh
,
M. A.
Stoyer
,
M.
Tabak
,
G. L.
Tietbohl
,
M.
Tsukamoto
,
K.
Wharton
, and
S. C.
Wilks
,
Phys. Plasmas
5
,
1966
(
1998
).
14.
M.
Allen
,
Y.
Sentoku
,
P.
Audebert
,
A.
Blazevic
,
T.
Cowan
,
J.
Fuchs
,
J. C.
Gauthier
,
M.
Geissel
,
M.
Hegelich
,
S.
Karsch
,
E.
Morse
,
P. K.
Patel
, and
M.
Roth
,
Phys. Plasmas
10
,
3283
(
2003
).
15.
H.
Popescu
,
S. D.
Baton
,
F.
Amiranoff
,
C.
Rousseaux
,
M.
Rabec Le Gloahec
,
J. J.
Santos
,
L.
Gremillet
,
M.
Koenig
,
E.
Martinolli
,
T.
Hall
,
J. C.
Adam
,
A.
Heron
, and
D.
Batani
,
Phys. Plasmas
12
,
063106
(
2005
).
16.
H.
Habara
,
K.
Ohta
,
K. A.
Tanaka
,
G.
Ravindra Kumar
,
M.
Krishnamurthy
,
S.
Kahaly
,
S.
Mondal
,
M.
Kumar Bhuyan
,
R.
Rajeev
, and
J.
Zheng
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
055001
(
2010
).
17.
R. B.
Stephens
,
R. A.
Snavely
,
Y.
Aglitskiy
,
F.
Amiranoff
,
C.
Andersen
,
D.
Batani
,
S. D.
Baton
,
T.
Cowan
,
R. R.
Freeman
,
T.
Hall
,
S. P.
Hatchett
,
J. M.
Hill
,
M. H.
Key
,
J. A.
King
,
J. A.
Koch
,
M.
Koenig
,
A. J.
MacKinnon
,
K. L.
Lancaster
,
E.
Martinolli
,
P.
Norreys
,
E.
Perelli-Cippo
,
M.
Rabec Le Gloahec
,
C.
Rousseaux
,
J. J.
Santos
, and
F.
Scianitti
,
Phys. Rev. E
69
,
066414
(
2004
).
18.
E.
Martinolli
,
M.
Koenig
,
S. D.
Baton
,
J. J.
Santos
,
F.
Amiranoff
,
D.
Batani
,
E.
Perelli-Cippo
,
F.
Scianitti
,
L.
Gremillet
,
R.
Mélizzi
,
A.
Decoster
,
C.
Rousseaux
,
T. A.
Hall
,
M. H.
Key
,
R.
Snavely
,
A. J.
MacKinnon
,
R. R.
Freeman
,
J. A.
King
,
R.
Stephens
,
D.
Neely
, and
R. J.
Clarke
,
Phys. Rev. E
73
,
046402
(
2006
).
19.
F.
Pisani
,
A.
Bernardinello
,
D.
Batani
,
A.
Antonicci
,
E.
Martinolli
,
M.
Koenig
,
L.
Gremillet
,
F.
Amiranoff
,
S.
Baton
,
J.
Davies
,
T.
Hall
,
D.
Scott
,
P.
Norreys
,
A.
Djaoui
,
C.
Rousseaux
,
P.
Fews
,
H.
Bandulet
, and
H.
Pepin
,
Phys. Rev. E
62
,
R5927
(
2000
).
20.
K.
Yasuike
,
M. H.
Key
,
S. P.
Hatchett
,
R. A.
Snavely
, and
K. B.
Wharton
,
Rev. Sci. Instrum.
72
,
1236
(
2001
).
21.
M. I. K.
Santala
,
M.
Zepf
,
I.
Watts
,
F. N.
Beg
,
E.
Clark
,
M.
Tatarakis
,
K.
Krushelnick
,
A. E.
Dangor
,
T.
McCanny
,
I.
Spencer
,
R. P.
Singhal
,
K. W. D.
Ledingham
,
S. C.
Wilks
,
A. C.
Machacek
,
J. S.
Wark
,
R.
Allott
,
R. J.
Clarke
, and
P. A.
Norreys
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
1459
(
2000
).
22.
J. J.
Santos
,
F.
Amiranoff
,
S. D.
Baton
,
L.
Gremillet
,
M.
Koenig
,
E.
Martinolli
,
M.
Rabec Le Gloahec
,
C.
Rousseaux
,
D.
Batani
,
A.
Bernardinello
,
G.
Greison
, and
T.
Hall
,
Phys. Rev. Lett.
89
,
025001
(
2002
).
23.
J. P.
Geindre
,
P.
Audebert
,
S.
Rebibo
, and
J. -C.
Gauthier
,
Opt. Lett.
26
,
1612
(
2001
).
24.
G.
Malka
,
Ph.
Nicolaï
,
E.
Brambrink
,
J. J.
Santos
,
M. M.
Aléonard
,
K.
Amthor
,
P.
Audebert
,
J.
Breil
,
G.
Claverie
,
M.
Gerbaux
,
F.
Gobet
,
F.
Hannachi
,
V.
Méot
,
P.
Morel
,
J. N.
Scheurer
,
M.
Tarisien
, and
V.
Tikhonchuk
,
Phys. Rev. E
77
,
026408
(
2008
).
25.
F.
Rohrlich
and
B. C.
Carlson
,
Phys. Rev.
93
,
38
(
1954
);
S. M.
Seltzer
, “
Transmission of electrons through foils
,” National Bureau of Standards Rapport Technique Report No. COM-74–11792,
1974
;
J. F.
Ziegler
,
J. Appl. Phys.
85
,
1249
(
1999
);
T. A.
Mehlhorn
,
J. Appl. Phys.
52
,
6522
(
1981
).
26.
M.
Kaluza
,
J.
Schreiber
,
M. I. K.
Santala
,
G. D.
Tsakiris
,
K.
Eidmann
,
J.
Meyer-ter-Vehn
, and
K. J.
Witte
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
045003
(
2004
).
27.
J.
Fuchs
,
P.
Antici
,
E.
D’Humières
,
E.
Lefebvre
,
M.
Borghesi
,
E.
Brambrink
,
C. A.
Cecchetti
,
M.
Kaluza
,
V.
Malka
,
M.
Manclossi
,
S.
Meyroneinc
,
P.
Mora
,
J.
Schreiber
,
T.
Toncian
,
H.
Pépin
, and
P.
Audebert
,
Nat. Phys.
2
,
48
(
2006
);
J.
Fuchs
,
Y.
Sentoku
,
E.
d'Humières
,
T. E.
Cowan
,
J.
Cobble
,
P.
Audebert
,
A.
Kemp
,
A.
Nikroo
,
P.
Antici
,
E.
Brambrink
,
A.
Blazevic
,
E. M.
Campbell
,
J. C.
Fernández
,
J.-C.
Gauthier
,
M.
Geissel
,
M.
Hegelich
,
S.
Karsch
,
H.
Popescu
,
N.
Renard-LeGalloudec
,
M.
Roth
J.
Schreiber
,
R.
Stephens
, and
H.
Pépin
,
Phys. Plasmas
14
,
053105
(
2007
).
28.
S. C.
Wilks
,
W. L.
Kruer
,
M.
Tabak
, and
A. B.
Langdon
,
Phys. Rev. Lett.
69
,
1383
(
1992
).
29.
J. C.
Adam
,
A.
Héron
, and
G.
Laval
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
205006
(
2006
).
30.
T.
Grismayer
,
P.
Mora
,
J. C.
Adam
, and
A.
Héron
,
Phys. Rev. E
77
,
066407
(
2008
).
31.
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
).
32.
R. G.
Evans
,
E. L.
Clark
,
R. T.
Eagleton
,
A. M.
Dunne
,
R. D.
Edwards
,
W. J.
Garbett
,
T. J.
Goldsack
,
S.
James
,
C. C.
Smith
,
B. R.
Thomas
,
R.
Clarke
,
D. J.
Neely
, and
S. J.
Rose
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
191505
(
2005
).
33.
A. J.
Kemp
,
J.
Fuchs
,
Y.
Sentoku
,
V.
Sotnikov
,
M.
Bakeman
,
P.
Antici
, and
T. E.
Cowan
,
Phys. Rev. E
75
,
056401
(
2007
).
34.
H.
Chen
and
S. C.
Wilks
,
Laser Part. Beams
23
,
411
(
2005
).
35.
36.
T. E.
Cowan
,
J.
Fuchs
,
H.
Ruhl
,
A.
Kemp
,
P.
Audebert
,
M.
Roth
,
R.
Stephens
,
I.
Barton
,
A.
Blazevic
,
E.
Brambrink
,
J.
Cobble
,
J.
Fernandez
,
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
).
37.
D. C.
Carroll
,
P.
McKenna
,
O.
Lundh
,
F.
Lindau
,
C. -G.
Wahlström
,
S.
Bandyopadhyay
,
D.
Pepler
,
D.
Neely
,
S.
Kar
,
P. T.
Simpson
,
K.
Markey
,
M.
Zepf
,
C.
Bellei
,
R. G.
Evans
,
R.
Redaelli
,
D.
Batani
,
M. H.
Xu
, and
Y. T.
Li
,
Phys. Rev. E
76
,
065401
(
2007
).
38.
L.
Brillouin
,
Comptes Rendus de l’Academie des Sciences
183
,
24
(
1926
);
39.
H. A.
Kramers
,
Z. Phys.
39
,
828
(
1926
).
40.
41.
B.
Wattellier
,
J.
Fuchs
,
J. P.
Zou
,
K.
Abdeli
,
H.
Pépin
, and
C.
Haefner
,
Opt. Lett.
29
,
2494
(
2004
).
42.
S.
Buffechoux
,
J.
Psikal
,
M.
Nakatsutsumi
,
L.
Romagnani
,
A.
Andreev
,
K.
Zeil
,
M.
Amin
,
P.
Antici
,
T.
Burris-Mog
,
A.
Compant-La-Fontaine
,
E.
d’Humieres
,
S.
Fourmaux
,
S.
Gaillard
,
F.
Gobet
,
F.
Hannachi
,
S.
Kraft
,
A.
Mancic
,
C.
Plaisir
,
G.
Sarri
,
M.
Tarisien
,
T.
Toncian
,
U.
Schramm
,
M.
Tampo
,
P.
Audebert
,
O.
Willi
,
T. E.
Cowan
,
H.
Pépin
,
V.
Tikhonchuk
,
M.
Borghesi
, and
J.
Fuchs
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
015005
(
2010
).
43.
Y. T.
Lee
and
R. M.
More
,
Phys. Fluids
27
,
1273
(
1984
).
44.
A.
Decoster
,
Modeling of Collisions
(
Elsevier-Gauthier-Villars
,
Paris
,
1998
).
45.
A. P.
Kanavin
,
I. V.
Smetanin
,
V. A.
Isakov
,
Y. V.
Afanasiev
,
B. N.
Chichkov
,
B.
Wellegehausen
,
S.
Nolte
,
C.
Momma
, and
A.
Tunnermann
,
Phys. Rev. B
57
,
14698
(
1998
).
46.
P.
Mora
, Introduction aux plasmas créés par laser,
2006
.
47.
P.
Antici
, Ph.D. thesis, edited by Ecole Polytechnique,
2007
.
48.
C.
Labaune
, “
Interaction laser-plasma dans le contexte de la fusion par confinement inertial
,”
Proceedings of the Ecole des Houches
,
2005
.
You do not currently have access to this content.