Here, we report on the development of a novel high resolution and high dispersion Thomson parabola for simultaneously resolving protons and low-Z ions of more than 100 MeV/nucleon necessary to explore novel laser ion acceleration schemes. High electric and magnetic fields enable energy resolutions of ΔE/E < 5% at 100 MeV/nucleon and impede premature merging of different ion species at low energies on the detector plane. First results from laser driven ion acceleration experiments performed at the Trident Laser Facility demonstrate high resolution and superior species and charge state separation of this novel Thomson parabola for ion energies of more than 30 MeV/nucleon.

1.
M.
Hegelich
,
S.
Karsch
,
G.
Pretzler
,
D.
Habs
,
K.
Witte
,
W.
Guenther
,
M.
Allen
,
A.
Blazevic
,
J.
Fuchs
,
J. C.
Gauthier
,
M.
Geissel
,
P.
Audebert
,
T.
Cowan
, and
M.
Roth
,
Phys. Rev. Lett.
89
,
085002
(
2002
).
2.
T. E.
Cowan
,
J.
Fuchs
,
H.
Ruhl
,
A.
Kemp
,
P.
Audebert
,
M.
Roth
,
R.
Stephens
,
I.
Barton
,
A.
Blazevic
,
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
).
3.
A.
Henig
,
D.
Kiefer
,
K.
Markey
,
D. C.
Gautier
,
K. A.
Flippo
,
S.
Letzring
,
R. P.
Johnson
,
T.
Shimada
,
L.
Yin
,
B. J.
Albright
,
K. J.
Bowers
,
J. C.
Fernández
,
S. G.
Rykovanov
,
H.-C.
Wu
,
M.
Zepf
,
D.
Jung
,
V. K.
Liechtenstein
,
J.
Schreiber
,
D.
Habs
, and
B. M.
Hegelich
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
045002
(
2009
).
4.
T.
Tajima
,
D.
Habs
, and
X.
Yan
,
Rev. Accel. Sci. Technol.
2
,
201
(
2009
).
5.
A. J.
Mackinnon
,
P. K.
Patel
,
M.
Borghesi
,
R. C.
Clarke
,
R. R.
Freeman
,
H.
Habara
,
S. P.
Hatchett
,
D.
Hey
,
D. G.
Hicks
,
S.
Kar
,
M. H.
Key
,
J. A.
King
,
K.
Lancaster
,
D.
Neely
,
A.
Nikkro
,
P. A.
Norreys
,
M. M.
Notley
,
T. W.
Phillips
,
L.
Romagnani
,
R. A.
Snavely
,
R. B.
Stephens
, and
R. P. J.
Town
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
045001
(
2006
).
6.
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
).
7.
J. C.
Fernández
,
B. J.
Albright
,
K. A.
Flippo
,
B. M.
Hegelich
,
T. J.
Kwan
,
M. J.
Schmitt
, and
L.
Yin
,
J. Phys.: Conf. Ser.
112
,
022051
(
2008
).
8.
S. P.
Hatchett
,
C. G.
Brown
,
T. E.
Cowan
,
E. A.
Henry
,
J. S.
Johnson
,
M. H.
Key
,
J. A.
Koch
,
A. B.
Langdon
,
B. F.
Lasinski
,
R. W.
Lee
,
A. J.
Mackinnon
,
D. M.
Pennington
,
M. D.
Perry
,
T. W.
Phillips
,
M.
Roth
,
T. C.
Sangster
,
M. S.
Singh
,
R. A.
Snavely
,
M. A.
Stoyer
,
S. C.
Wilks
, and
K.
Yasuike
,
Phys. Plasmas
7
,
2076
(
2000
).
9.
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
).
10.
B. M.
Hegelich
,
B.
Albright
,
P.
Audebert
,
A.
Blazevic
,
E.
Brambrink
,
J.
Cobble
,
T.
Cowan
,
J.
Fuchs
,
J. C.
Gauthier
,
C.
Gautier
,
M.
Geissel
,
D.
Habs
,
R.
Johnson
,
S.
Karsch
,
A.
Kemp
,
S.
Letzring
,
M.
Roth
,
U.
Schramm
,
J.
Schreiber
,
K. J.
Witte
, and
J. C.
Fernandez
,
Phys. Plasmas
12
,
56314
(
2005
).
11.
O.
Klimo
,
J.
Psikal
,
J.
Limpouch
, and
V. T.
Tikhonchuk
,
Phys. Rev. ST Accel. Beams
11
,
031301
(
2008
).
12.
X. Q.
Yan
,
C.
Lin
,
Z. M.
Sheng
,
Z. Y.
Guo
,
B. C.
Liu
,
Y. R.
Lu
,
J. X.
Fang
, and
J. E.
Chen
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
135003
(
2008
).
13.
A.
Henig
,
S.
Steinke
,
M.
Schnürer
,
T.
Sokollik
,
R.
Hörlein
,
D.
Kiefer
,
D.
Jung
,
J.
Schreiber
,
B. M.
Hegelich
,
X. Q.
Yan
,
J.
Meyer-ter Vehn
,
T.
Tajima
,
P. V.
Nickles
,
W.
Sandner
, and
D.
Habs
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
245003
(
2009
).
14.
T.
Esirkepov
,
M.
Borghesi
,
S. V.
Bulanov
,
G.
Mourou
, and
T.
Tajima
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
175003
(
2004
).
15.
L.
Yin
,
B. J.
Albright
,
B. M.
Hegelich
,
K. J.
Bowers
,
K. A.
Flippo
,
T. J. T.
Kwan
, and
J. C.
Fernandez
,
Phys. Plasmas
14
,
56706
(
2007
).
16.
B. J.
Albright
,
L.
Yin
,
K. J.
Bowers
,
B. M.
Hegelich
,
K. A.
Flippo
,
T. J. T.
Kwan
, and
J. C.
Fernandez
,
Phys. Plasmas
14
,
94502
(
2007
).
17.
A.
Macchi
,
S.
Veghini
, and
F.
Pegoraro
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
085003
(
2009
).
18.
B. M.
Hegelich
,
L.
Yin
,
B. J.
Albright
,
K.
Bowers
,
K.
Flippo
,
D. C.
Gautier
,
A.
Henig
,
R.
Hörlein
,
R.
Johnson
,
D.
Jung
,
D.
Kiefer
,
S.
Letzring
,
R.
Shah
,
T.
Shimada
,
T.
Tajima
,
X.
Yan
,
D.
Habs
, and
J. C.
Fernández
, private communication.
19.
J. J.
Thomson
,
Philos. Mag. Ser.
22
,
469
(
1911
).
20.
J.
Workman
,
J.
Cobble
,
K.
Flippo
,
D. C.
Gautier
, and
S.
Letzring
,
Rev. Sci. Instrum.
79
,
10E905
(
2008
).
21.
R. C.
Shah
,
R. P.
Johnson
,
T.
Shimada
,
K. A.
Flippo
,
J. C.
Fernandez
, and
B. M.
Hegelich
,
Opt. Lett.
34
,
2273
(
2009
).
22.
M.
Abramowitz
and
I. A.
Stegun
,
Handbook of Mathematical Functions Applied Mathematics Series
, Volume
55
(Washington: National Bureau of Standards; reprinted 1968 by
Dover Publications
,
New York
) Paragraph 25.5.
23.
D.
Carroll
,
P.
Brummitt
,
D.
Neely
,
F.
Lindau
,
O.
Lundh
,
C.-G.
Wahlström
, and
P.
McKenna
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A
620
,
23
(
2010
).
25.
A. P. L.
Robinson
,
P.
Foster
,
D.
Adams
,
D. C.
Carroll
,
B.
Dromey
,
S.
Hawkes
,
S.
Kar
,
Y. T.
Li
,
K.
Markey
,
P.
McKenna
,
C.
Spindloe
,
M.
Streeter
,
C.-G.
Wahlström
,
M. H.
Xu
,
M.
Zepf
, and
D.
Neely
,
New J. Phys.
11
,
083018
(
2009
).
26.
K.
Harres
,
M.
Schollmeier
,
E.
Brambrink
,
P.
Audebert
,
A.
Blazevic
,
K.
Flippo
,
D. C.
Gautier
,
M.
Geissel
,
B. M.
Hegelich
,
F.
Nurnberg
,
J.
Schreiber
,
H.
Wahl
, and
M.
Roth
,
Rev. Sci. Instrum.
79
,
93306
(
2008
).
27.
R. L.
Fleischer
,
P. B.
Price
, and
R. M.
Walker
,
J. Appl. Phys.
36
,
3645
(
1965
).
28.
I. J.
Paterson
,
R. J.
Clarke
,
N. C.
Woolsey
, and
G.
Gregori
,
Meas. Sci. Technol.
19
,
095301
(
2008
).
29.
T.-P.
Yu
,
A.
Pukhov
,
G.
Shvets
, and
M.
Chen
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
065002
(
2010
).
You do not currently have access to this content.