Plasma formation in solid deuterium by an ultrashort laser prepulse

Abstract

A calculation is carried out to determine plasma formation by laser light during the first few picoseconds, using a microscopic model for the interaction between laser beam and solid deuterium target. Results show an initial rapid low density ionization throughout the target, followed during the next few picoseconds by the formation of a peak in electron density immediately behind the incident surface at a temperature of a few electron volts. Reflection occurs since the electron density in the peak exceeds the critical value. Rapid expansion of the outer layer within the next 0.1–0.3 nsec will, however, reduce the high electron density to below the critical value, readying the target for absorption of the next laser pulse.

Zusammenfassung

Eine Rechnung zur Bestimmung der Plasmabildung mittels Laserstrahlen währen der ersten Picosekunden wurde mit Hilfe eines mikroskopischen Modells der Wechselwirkung zwischen Laserstrahl und einer festen Deuteriumprobe ausgeführt. Das Resultat zeigt, dass die ganze Probe als erstes in sehr kurzer Zeit schwach ionisiert wird, worauf sich in den folgenden Picosekunden eine hohe Elektronendichte bei einer Temperatur von einigen eV unmittelbar hinter der Eintrittsoberfläche bildet. Da die Elektronendichte dort über dem kritischen Wert liegt, wird sie weiterhin einfallendes Laserlicht reflektieren. Die schnelle Expansion der äusseren Schicht während der nächsten 0.1–0.3 Nanosekunden bewirkt aber einen Abfall der Elektronendichte unter den kritischen Wert, wodurch die Probe für die Absorption des nächsten Laserpulses bereit gemacht wird.