Radial density profile and stability of capillary discharge plasma waveguides of lengths up to 40 cm

M. Turner; A. J. Gonsalves; S. S. Bulanov; C. Benedetti; N. A. Bobrova; V. A. Gasilov; P. V. Sasorov; G. Korn; K. Nakamura; J. van Tilborg; C. G. Geddes; C. B. Schroeder; E. Esarey

doi:10.1017/hpl.2021.6

[1] D. J. Spence, A. Butler, S. M. Hooker. J. Opt. Soc. Am. B, 20, 138(2003).

[2] T. Higashiguchi, M. Hikida, H. Terauchi, J. Bai, T. Kikuchi, Y. Tao, N. Yugami. Rev. Sci. Instrum., 81, 046109(2010).

[3] C. G. Durfee, H. M. Milchberg. Phys. Rev. Lett., 71, 2409(1993).

[4] J. J. Su, T. Katsouleas, J. M. Dawson, R. Fedele. Phys. Rev. A, 41, 3321(1990).

[5] J. van Tilborg, S. Steinke, C. G. R. Geddes, N. H. Matlis, B. H. Shaw, A. J. Gonsalves, J. V. Huijts, K. Nakamura, J. Daniels, C. B. Schroeder, C. Benedetti, E. Esarey, S. S. Bulanov, N. A. Bobrova, P. V. Sasorov, W. P. Leemans. Phys. Rev. Lett., 115, 184802(2015).

[6] E. Brentegani, P. Anania, S. Atzeni, A. Biagioni, E. Chiadroni, M. Croia, M. Ferrario, F. Filippi, A. Marocchino, A. Mostaccia, R. Pompili, S. Romeo, A. Schiavi, A. Zigler. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A, 909, 404(2018).

[7] E. Chiadroni, M. P. Anania, M. Bellaveglia, A. Biagioni, F. Bisesto, E. Brentegani, F. Cardelli, A. Cianchi, G. Costa, D. Di Giovenale, G. Di Pirro, M. Ferrario, F. Filippi, A. Gallo, A. Giribono, A. Marocchino, A. Mostacci, L. Piersanti, R. Pompili, J. B. Rosenzweig, A. R. Rossi, J. Scifo, V. Shpakov, C. Vaccarezza, F. Villa, A. Zigler. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A, 909, 16(2018).

[8] P. Sprangle, E. Esarey, J. Krall, G. Joyce. Phys. Rev. Lett., 69, 2200(1992).

[9] J. van Tilborg, S. K. Barber, C. Benedetti, C. B. Schroeder, F. Isono, H.-E. Tsai, C. G. R. Geddes, W. P. Leemans. Phys. Plasmas, 25, 056702(2018).

[10] C. G. R. Geddes, C. Toth, J. van Tilborg, E. Esarey, C. B. Schroeder, J. Cary, W. P. Leemans. Phys. Rev. Lett., 95, 145002(2005).

[11] R. Pompili, M. P. Anania, E. Chiadroni, A. Cianchi, M. Ferrario, V. Lollo, A. Notargiacomo, L. Picardi, C. Ronsivalle, J. B. Rosenzweig, V. Shpakov, A. Vannozzi. Rev. Sci. Instrum., 89, 033302(2018).

[12] Z. Qin, W. Li, J. Liu, J. Liu, C. Yu, W. Wang, R. Qi, Z. Zhang, M. Fang, K. Feng, Y. Wu, L. Ke, Y. Chen, C. Wang, R. Li, Z. Xu. Phys. Plasmas, 25, 043117(2018).

[13] S. Karsch, J. Osterhoff, A. Popp, T. P. Rowlands-Rees, Z. Major, M. Fuchs, B. Marx, R. Hoerlein, K. Schmid, L. Veisz, S. Becker, U. Schramm, B. Hidding, G. Pretzler, D. Habs, F. Gruener, F. Kraus, S. M. Hooker. New J. Phys., 9, 415(2007).

[14] P. Sprangle, E. Esarey, A. Ting, G. Joyce. Appl. Phys. Lett., 53, 2146(1988).

[15] P. A. Franken, A. E. Hill, C. W. Peters, G. Weinreich. Phys. Rev. Lett., 7, 118(1961).

[16] D. M. Gaudiosi, B. Reagan, T. Popmintchev, M. Grisham, M. Berrill, O. Cohen, B. C. Walker, M. M. Murnane, H. C. Kapteyn, J. J. Rocca. Phys. Rev. Lett., 96, 203001(2006).

[17] M. Grisham, D. M. Gaudiosi, B. Reagan, T. Popmintchev, M. Berrill, O. Cohen, B. C. Walker, M. M. Murnane, H. C. Kapteyn, J. J. Rocca. X-Ray Lasers 2006, 383.

[18] S. Sakai, T. Higashiguchi, N. Bobrova, P. Sasorov, J. Miyazawa, N. Yugami, Y. Sentoku, R. Kodama. Rev. Sci. Instrum., 82, 103509(2011).

[19] A. Butler, A. J. Gonsalves, C. M. McKenna, D. J. Spence, S. M. Hooker, S. Sebban, T. Mocek, I. Bettaibi, B. Cros. Phys. Rev. Lett., 91, 205001(2003).

[20] T. Mocek, C. M. McKenna, B. Cros, S. Sebban, D. J. Spence, G. Maynard, I. Bettaibi, V. Vorontsov, A. J. Gonsavles, S. M. Hooker. Phys. Rev. A, 71, 013804(2005).

[21] N. Bobrova, A. A. Esaulov, J.-I. Sakai, P. V. Sasorov, D. J. Spence, A. Butler, S. M. Hooker, S. V. Bulanov. Phys. Rev. E, 65, 016407(2001).

[22] B. H. P. Broks, K. Garloff, J. J. A. M. van der Mullen. Phys. Rev. E, 71, 016401(2005).

[23] E. Esarey, C. B. Schroeder, W. P. Leemans. Rev. Mod. Phys., 81, 1229(2009).

[24] A. J. Gonsalves, K. Nakamura, C. Lin, J. Osterhoff, S. Shiraishi, C. B. Schroeder, C. G. R. Geddes, Cs. Tóth, E. Esarey, W. P. Leemans. Phys. Plasmas, 17, 056706(2010).

[25] A. J. Gonsalves, T. P. Rowlands-Rees, B. H. P. Broks, J. A. M. van der Mullen, S. M. Hooker. Phys. Rev. Lett., 98, 025002(2007).

[26] B. H. P. Broks, W. Van Dijk, J. J. A. W. van der Mullen. Phys. Plasmas, 14, 023501(2007).

[27] K. Nakamura, H. Mao, A. J. Gonsalves, H. Vincenti, D. E. Mittelberger, J. Daniels, A. Magana, C. Toth, W. P. Leemans. IEEE J. Quantum Electron., 53, 1200121(2017).

[28] We monitor longitudinal uniformity by imaging the light emitted by the discharge onto the gated camera shown in Figure 1 (gate time 3 ns)..

[29] C. V. Pieronek, A. J. Gonsalves, C. Benedetti, S. S. Bulanov, J. van Tilborg, J. H. Bin, K. K. Swanson, J. Daniels, G. A. Bagdasarov, N. A. Bobrova, V. A. Gasilov, G. Korn, P. V. Sasorov, C. G. R. Geddes, C. B. Schroeder, W. P. Leemans, E. Esarey. Phys. Plasmas, 27, 093101(2020).

[30] A. J. Gonsalves, C. Pieronek, J. Daniels, S. S. Bulanov, W. L. Waldron, D. E. Mittelberger, W. P. Leemans, N. A. Bobrova, P. V. Sasorov, F. Liu, S. Antipov, J. E. Butler. J. Appl. Phys., 119, 033302(2016).

[31] D. Huang, L. J. Yang, P. Huo, J. B. Ma, W. D. Ding, W. Wang. Phys. Plasmas, 22, 023509(2015).

[32] D. Kaganovich, P. V. Sasorov, Y. Ehrlich, C. Cohen, A. Zigler. Appl. Phys. Lett., 71, 2925(1997).

[33] C. J. Woolley, K. O’Keeffe, H. K. Chung, S. M. Hooker. Plasma Sources Sci. Technol., 20, 055014(2011).

[34] B. Greenberg, M. Levin, A. Pukhov, A. Zigler. Appl. Phys. Lett., 83, 2961(2003).

[35] C. Benedetti, C. B. Schroeder, E. Esarey, W. P. Leemans. Phys. Plasmas, 19, 053101(2012).

[36] N. A. Boborova, S. V. Bulanov, T. L. Razinkova, P. V. Sasorov. Plasma. Phys. Rep., 22, 349(1996).

[37] The obtained values vary only by a small amount as a function of discharge timing as long as the pulse arrives in the range of 0–400 ns after the peak of the discharge..

[38] W. P. Leemans, A. J. Gonsalves, H.-S. Mao, K. Nakamura, C. Benedetti, C. B. Schroeder, C. Tóth, J. Daniels, D. E. Mittelberger, S. S. Bulanov, J.-L. Vay, C. G. R. Geddes, E. Esarey. Phys. Rev. Lett., 113, 245002(2014).

[39] C. Benedetti, C. Schroeder, E. Esarey, C. Geddes, W. Leemans. AIP Conf. Proc., 1299(2010).

[40] C. Benedetti, C. Schroeder, C. Geddes, E. Esarey, W. Leemans. Plasma Phys. Control. Fusion, 60(2017).

[41] W. P. Leemans, A. J. Gonsalves, K. Nakamura, H.-S. Mao, C. Toth, J. Daniels, D. Mittelberger, C. Benedetti, S. Bulanov, C. G. R. Geddes, J.-L. Vay, C. B. Schroeder, E. H. EsareyCLEO: Applications and Technology. , , , , , , , , , , , , and , in (Optical Society of America, ), paper JTh1L.1.(2014).

[42] A. J. Gonsalves. Phys. Plasmas, 27, 053102(2020).

[43] A. J. Gonsalves, K. Nakamura, J. Daniels, H.-S. Mao, C. Benedetti, C. B. Schroeder, C. Tóth, J. van Tilborg, D. E. Mittelberger, S.S. Bulanov, J.-L. Vay, C. G. R. Geddes, E. Esarey, W. P. Leemans. Phys. Plasmas, 22, 056703(2015).

[44] A. R. Maier, N. M. Delbos, T. Eichner, L. Huebner, S. Jalas, L. Jeppe, S. W. Jolly, M. Kirchen, V. Leroux, P. Messner, M. Schnepp, M. Trunk, P. A. Walker, C. Werle, P. Winkler. Phys. Rev. X, 10, 031039(2020).