GeV级激光等离子体加速器中等离子体泡结构的观测

我们使用法拉第旋转诊断测量了GeV级激光等离子体加速器(LPAs)中等离子体泡的特性。我们将此前在大气密度等离子体（电子密度 $n_e >10^{19}$ cm$^{-3}$）的LPAs中已得到验证的这些技术，扩展应用于低密度等离子体（$n_e \approx 5\times10^{17}$ cm$^{-3}$）的LPAs中，在此条件下等离子体泡尺寸约大5倍，相应地更容易进行细节可视化。信号显示了约 $0.5^\circ$ 的旋转条纹，符号相反，间距约 $50$ $\mu$m，与泡直径一致；无轴上旋转；条纹长度与横向探针脉冲持续时间一致（$500$ fs 脉冲长度对应 $180$ $\mu$m，$2$ ps 脉冲长度对应 $600$ $\mu$m）。我们利用变形成像系统获得了较宽的纵向视场（$>1$ cm）和较高的横向分辨率（$<9$ $\mu$m）。我们还通过扩展的二维时域有限差分(FDTD)模拟证明了法拉第旋转信号对加速过程的阶段十分敏感。