High Power Laser Science and Engineering, Volume. 11, Issue 5, 05000e63(2023)

Accelerated protons with energies up to 70 MeV based on the optimized SG-II Peta-watt laser facility

H. H. An1,4, W. Wang1,4, J. Xiong1,4, C. Wang1,4、*, X. Pan2,4, X. P. Ouyang2,4, S. Jiang3, Z. Y. Xie1,4, P. P. Wang1,4, Y. L. Yao3, N. Hua2,4, Y. Wang2,4, Z. C. Jiang2,4, Q. Xiao2,4, F. C. Ding2,4, Y. T. Wan1,4, X. Liu1,4, R. R. Wang1,4, Z. H. Fang1,4, P. Q. Yang2,4, Y. E. Jiang2,4, P. Z. Zhang2,4, B. Q. Zhu2,4, J. R. Sun1,4, B. Qiao3、*, A. L. Lei1,4、*, and J. Q. Zhu2,4、*
Author Affiliations
  • 1Shanghai Institute of Laser Plasma, China Academy of Engineering Physics, Shanghai, China
  • 2Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China
  • 3Center for Applied Physics and Technology, Peking University, Beijing, China
  • 4National Laboratory on High Power Laser and Physics, Shanghai, China
  • show less
    References(61)

    [1] D. Strickland, G. Mourou. Opt. Commun., 55, 447(1985).

    [2] A. Dubietis, G. Jonušauskas, A. Piskarskas. Opt. Commun., 88, 437(1992).

    [3] A. X. Li, C. Y. Qin, H. Zhang, S. Li, L. L. Fan, Q. S. Wang, T. J. Xu, N. W. Wang, L. H. Yu, Y. Xu, Y. Q. Liu, C. Wang, X. L. Wang, Z. X. Zhang, X. Y. Liu, P. L. Bai, Z. B. Gan, X. B. Zhang, X. B. Wang, C. Fan, Y. J. Sun, Y. H. Tang, B. Yao, X. Y. Liang, Y. X. Leng, B. F. Shen, L. L. Ji, R. X. Li, Z. Z. Xu. High Power Laser Sci. Eng., 10, e26(2022).

    [4] F. Lureau, S. Laux, O. Casagrande, O. Chalus, A. Pellegrina, G. Matras, C. Radier, G. Rey, S. Ricaud, S. Herriot, P. Jougla, M. Charbonneau, P. A. Duvochelle, C. Simon-Boisson. Proc. SPIE, 9726, 972613(2016).

    [5] C. Hernandez-Gomez, S. P. Blake, O. Chekhlov, R. J. Clarke, A. M. Dunne, M. Galimberti, S. Hancock, R. Heathcote, P. Holligan, A. Lyachev, P. Matousek, I. O. Musgrave, D. Neely, P. A. Norreys, I. Ross, Y. Tang, T. B. Winstone, B. E. Wyborn, J. Collier. J. Phys. Conf. Ser., 244, 032006(2010).

    [6] J. Hein, B. Le Garrec, D. N. Papadopoulos, C. Le Blanc, J. P. Zou, G. Chériaux, P. Georges, F. Druon, L. Martin, L. Fréneaux, A. Beluze, N. Lebas, F. Mathieu, P. Audebert. Proc. SPIE, 10238, 102380Q(2017).

    [7] W. Q. Li, Z. B. Gan, L. H. Yu, C. Wang, Y. Q. Liu, Z. Guo, L. Xu, M. Xu, Y. Hang, Y. Xu, J. Y. Wang, P. Huang, H. Cao, B. Yao, X. B. Zhang, L. R. Chen, Y. H. Tang, S. Li, X. Y. Liu, S. M. Li, M. Z. He, D. J. Yin, X. Y. Liang, Y. X. Leng, R. X. Li, Z. Z. Xu. Opt. Lett., 43, 5681(2018).

    [8] A. V. Bashinov, A. A. Gonoskov, A. V. Kim, G. Mourou, A. M. Sergeev. Eur. Phys. J. Spec. Top., 223, 1105(2014).

    [9] C. N. Danson, P. A. Brummitt, R. J. Clarke, J. L. Collier, B. Fell, A. J. Frackiewicz, S. Hancock, S. Hawkes, C. Hernandez-Gomez, P. Holligan, M. H. R. Hutchinson, A. Kidd, W. J. Lester, I. O. Musgrave, D. Neely, D. R. Neville, P. A. Norreys, D. A. Pepler, C. J. Reason, W. Shaikh, T. B. Winstone, R. W. W. Wyatt, B. E. Wyborn. Nucl. Fusion, 44, S239(2004).

    [10] V. Bagnoud, B. Aurand, A. Blazevic, S. Borneis, C. Bruske, B. Ecker, U. Eisenbarth, J. Fils, A. Frank, E. Gaul, S. Goette, C. Haefner, T. Hahn, K. Harres, H.-M. Heuck, D. Hochhaus, D. H. H. Hoffmann, D. Javorková, H.-J. Kluge, T. Kuehl, S. Kunzer, M. Kreutz, T. Merz-Mantwill, P. Neumayer, E. Onkels, D. Reemts, O. Rosmej, M. Roth, T. Stoehlker, A. Tauschwitz, B. Zielbauer, D. Zimmer, K. Witte. Appl. Phys. B, 100, 137(2010).

    [11] J. D. Zuegel, S. Bahk, J. Bromage, C. Dorrer, R. Earley, T. J. Kessler, B. J. Kruschwitz, S. F. B. Morse, D. N. Maywar, J. B. Oliver, J. Qiao, A. L. Right, A. W. Schmid, M. J. Shoup, L. J. Waxer, J. H. Kelly. Rev. Laser Eng., 37, 437(2009).

    [12] J. M. Di Nicola, S. T. Yang, C. D. Boley, J. K. Crane, J. E. Heebner, T. M. Spinka, P. Arnold, C. P. J. Barty, M. W. Bowers, T. S. Budge, K. Christensen, J. W. Dawson, G. Erbert, E. Feigenbaum, G. Guss, C. Haefner, M. R. Hermann, D. Homoelle, J. A. Jarboe, J. K. Lawson, R. Lowe-Webb, K. McCandless, B. McHale, L. J. Pelz, P. P. Pham, M. A. Prantil, M. L. Rehak, M. A. Rever, M. C. Rushford, R. A. Sacks, M. Shaw, D. Smauley, L. K. Smith, R. Speck, G. Tietbohl, P. J. Wegner, C. Widmayer. Proc. SPIE, 9345, 934501(2015).

    [13] D. Raffestin, L. Lecherbourg, I. Lantuéjoul, B. Vauzour, P. E. Masson-Laborde, X. Davoine, N. Blanchot, J. L. Dubois, X. Vaisseau, E. d’Humières, L. Gremillet, A. Duval, C. Reverdin, B. Rosse, G. Boutoux, J. E. Ducret, C. Rousseaux, V. Tikhonchuk, D. Batani. Matter Radiat. Extremes, 6, 056901(2021).

    [14] H. Shiraga, S. Fujioka, M. Nakai, T. Watari, H. Nakamura, Y. Arikawa, H. Hosoda, T. Nagai, M. Koga, H. Kikuchi. Plasma Phys. Control. Fusion, 53, 124029(2011).

    [15] J. Q. Zhu, J. Zhu, X. C. Li, B. Q. Zhu, W. X. Ma, X. Q. Lu, W. Fan, Z. G. Liu, S. L. Zhou, G. Xu, G. W. Zhang, X. L. Xie, L. Yang, J. F. Wang, X. P. Ouyang, L. Wang, D. W. Li, P. Q. Yang, Q. T. Fan, M. Y. Sun, C. Liu, D. A. Liu, Y. L. Zhang, H. Tao, M. Z. Sun, P. Zhu, B. Y. Wang, Z. Y. Jiao, L. Ren, D. Z. Liu, X. Jiao, H. B. Huang, Z. Q. Lin. High Power Laser Sci. Eng., 6, e55(2018).

    [16] H. Daido, M. Nishiuchi, A. S. Pirozhkov. Rep. Prog. Phys., 75, 056401(2012).

    [17] G. M. Petrov, C. McGuffey, A. G. R. Thomas, K. Krushelnick, F. N. Beg. J. Appl. Phys., 119, 053302(2016).

    [18] C. G. R. Geddes, C. Toth, J. van Tilborg, E. Esarey, C. B. Schroeder, D. Bruhwiler, C. Nieter, J. Cary, W. P. Leemans. Nature, 431, 538(2004).

    [19] I. Pomerantz, E. McCary, A. R. Meadows, A. Arefiev, A. C. Bernstein, C. Chester, J. Cortez, M. E. Donovan, G. Dyer, E.W. Gaul, D. Hamilton, D. Kuk, A. C. Lestrade, C. Wang, T. Ditmire, B. M. Hegelich. Phys. Rev. Lett., 113, 184801(2014).

    [20] N. D. Powers, I. Ghebregziabher, G. Golovin, C. Liu, S. Chen, S. Banerjee, J. Zhang, D. P. Umstadter. Nat. Photonics, 8, 28(2013).

    [21] E. Liang. High Energy Density Phys., 9, 425(2013).

    [22] L. Lancia, B. Albertazzi, C. Boniface, A. Grisollet, R. Riquier, F. Chaland, K.-C. Le Thanh, P. Mellor, P. Antici, S. Buffechoux, S. N. Chen, D. Doria, M. Nakatsutsumi, C. Peth, M. Swantusch, M. Stardubtsev, L. Palumbo, M. Borghesi, O. Willi, H. Pépin, J. Fuchs. Phys. Rev. Lett., 113, 235001(2014).

    [23] W. Schumaker, N. Nakanii, C. McGuffey, C. Zulick, V. Chyvkov, F. Dollar, H. Habara, G. Kalintchenko, A. Maksimchuk, K. A. Tanaka, A. G. R. Thomas, V. Yanovsky, K. Krushelnick. Phys. Rev. Lett., 110, 015003(2013).

    [24] Z. H. Zhao, H. H. An, Y. Xie, Z. Lei, W. P. Yao, W. Q. Yuan, J. Xiong, C. Wang, J. Ye, Z. Y. Xie, Z. H. Fang, A. L. Lei, W. B. Pei, X. T. He, W. M. Zhou, W. Wang, S. P. Zhu, B. Qiao. Commun. Phys., 5, 247(2022).

    [25] 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, H. Powell. Phys. Rev. Lett., 86, 436(2001).

    [26] R. Kodama, P. A. Norreys, K. Mima, A. E. Dangor, R. G. Evans, H. Fujita, Y. Kitagawa, K. Krushelnick, T. Miyakoshi, N. Miyanaga, T. Norimatsu, S. J. Rose, T. Shozaki, K. Shigemori, A. Sunahara, M. Tampo, K. A. Tanaka, Y. Toyama, T. Yamanaka, M. Zepf. Nature, 412, 798(2001).

    [27] S. V. Bulanov, V. S. Khoroshkov. Plasma Phys. Rep., 28, 453(2002).

    [28] R. Morea, H. Yonedab, H. Morikami, J. Quant. Spectrosc. Radiative Transfer, 99, 409(2006).

    [29] 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, E. M. Campbell. Phys. Rev. Lett., 85, 2945(2000).

    [30] S. C. Wilks, A. B. Langdon, T. E. Cowan, M. Roth, M. Singh, S. Hatchett, M. H. Key, D. Pennington, A. MacKinnon, R. A. Snavely. Phys. Plasmas, 8, 542(2001).

    [31] 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, D. Habs. Phys. Rev. Lett., 103, 245003(2009).

    [32] L. O. Silva, M. Marti, J. R. Davies, R. A. Fonseca, C. Ren, F. S. Tsung, W. B. Moria. Phys. Rev. Lett., 92, 015002(2004).

    [33] D. Haberberger, S. Tochitsky, F. Fiuza, C. Gong, R. A. Fonseca, L. O. Silva, W. B. Moria, C. Joshi. Nat. Phys., 8, 95(2012).

    [34] T. Ditmire, J. W. G. Tisch, E. Springate, M. B. Mason, N. Hay, R. A. Smith, J. Marangos, M. H. R. Hutchinson. Nature, 386, 54(1997).

    [35] L. Yin, B. J. Albright, B. M. Hegelich, J. C. Fernández. Laser Particle Beams, 24, 291(2006).

    [36] T. Nakamura, S. V. Bulanov, T. Z. Esirkepov, M. Kando. Phys. Rev. Lett., 105, 135002(2010).

    [37] K. Krushelnick, E. L. Clark, F. N. Beg, A. E. Dangor, Z. Najmudin, P. A. Norreys, M. Wei, M. Zepf. Plasma Phys. Control. Fusion, 47, B451(2005).

    [38] F. Lindau, O. Lundh, A. Persson, P. McKenna, K. Osvay, D. Batani, C.-G. Wahlström. Phys. Rev. Lett., 95, 175002(2005).

    [39] M. Kaluza, J. Schreiber, M. I. K. Santala, G. D. Tsakiris, K. Eidmann, J. Meyer-ter-Vehn, K. J. Witte. Phys. Rev. Lett., 93, 045003(2004).

    [40] K. Burdonov, A. Fazzini, V. Lelasseux, J. Albrecht, P. Antici, Y. Ayoul, A. Beluze, D. Cavanna, T. Ceccotti, M. Chabanis, A. Chaleil, S. N. Chen, Z. Chen, F. Consoli, M. Cuciuc, X. Davoine, J. P. Delaneau, E. d’Humières, J. L. Dubois, C. Evrard, E. Filippov, A. Freneaux, P. Forestier-Colleoni, L. Gremillet, V. Horny, L. Lancia, L. Lecherbourg, N. Lebas, A. Leblanc, W. Ma, L. Martin, F. Negoita, J. L. Paillard, D. Papadopoulos, F. Perez, S. Pikuz, G. Qi, F. Quéré, L. Ranc, P. A. Söderström, M. Scisciò, S. Sun, S. Vallières, P. Wang, W. Yao, F. Mathieu, P. Audebert, J. Fuchs. Matter Radiat. Extremes, 6, 064402(2021).

    [41] F. C. Ding, X. P. Ouyang, X. J. Zhang, Y. E. Jiang, K. Hou, X. Q. Jiang, H. Tao, B. Q. Zhu, D. A. Liu, J. Zhu, J. Q. Zhu. Appl. Opt., 60, 10016(2021).

    [42] Q. Xiao, X. Pan, Y. E. Jiang, J. F. Wang, L. F. Du, J. T. Guo, D. J. Huang, X. H. Lu, Z. J. Cui, S. S. Yang, H. Wei, X. C. Wang, Z. L. Xiao, G. Y. Li, X. Q. Wang, X. P. Ouyang, W. Fan, X. C. Li, J. Q. Zhu. Opt. Express, 29, 15980(2021).

    [43] J. Bromage, C. Dorrer, R. K. Jungquist. J. Opt. Soc. Am. B, 29, 1125(2012).

    [44] C. Wang, H. H. An, J. Xiong, Z. H. Fang, Y. W. Wang, Z. Zhang, N. Hua, J. R. Sun, W. Wang. Rev. Sci. Instrum., 88, 113501(2017).

    [45] W. Theobald, C. Sorce, W. R. Donaldson, R. Epstein, R. L. Keck, C. Kellogg, T. J. Kessler, J. Kwiatkowski, F. J. Marshall, S. Sampat, W. Seka, R. C. Shah, A. Shvydky, C. Stoeckl, L. J. Waxer, S. P. Regan. Rev. Sci. Instrum., 91, 023505(2020).

    [46] X. P. Ouyang, Y. Cui, J. Zhu, B. Q. Zhu, J. Q. Zhu. Appl. Opt., 55, 7538(2016).

    [47] M. Borghesi, A. Schiavi, D. H. Campbell, M. G. Haines, O. Willi, A. J. MacKinnon, L. A. Gizzi, M. Galimberti, R. J. Clarke, H. Ruhl. Plasma Phys. Control. Fusion, 43, A267(2001).

    [48] S. N. Chen, M. Gauthier, M. Bazalova-Carter, S. Bolanos, S. Glenzer, R. Riquier, G. Revet, P. Antici, A. Morabito, A. Propp, M. Starodubstev, J. Fuchs. Rev. Sci. Instrum., 87, 073301(2016).

    [49] D. S. Hey, M. H. Key, A. J. Mackinnon, A. G. MacPhee, P. K. Patel, R. R. Freeman, L. D. Van Woerkom, C. M. Castaneda. Rev. Sci. Instrum., 79, 053501(2008).

    [50] J. Xiong, H. H. An, C. Wang, Z. C. Zhang, J. L. Jiao, A. L. Lei, R. R. Wang, G. Y. Hu, W. Wang, J. R. Sun. Acta Phys. Sin., 71, 215201(2022).

    [51] M. T. Li, H. H. An, G. Y. Hu, J. Xiong, A. L. Lei, Z. Y. Xie, C. Wang, W. Wang, Z. C. Zhang, L. G. Huang. Phys. Plasmas, 29, 013107(2022).

    [52] J. F. Ziegler, M. D. Ziegler, J. P. Biersack. Nucl. Instrum. Methods B, 268, 1818(2010).

    [54] R. A. Simpson, G. G. Scott, D. Mariscal, D. Rusby, P. M. King, E. Grace, A. Aghedo, I. Pagano, M. Sinclair, C. J.-E. Armstrong, M. Manuel, A. Haid, K. Flippo, L. Winslow, M. Gatu-Johnson, J. A. Frenje, D. Neely, S. Kerr, G. J. Williams, S. Andrews, R. Cauble, K. Charron, R. Costa, B. Fischer, S. Maricle, B. Stuart, F. Albert, N. Lemos, A. Mackinnon, A. MacPhee, A. Pak, T. Ma. Phys. Plasmas, 28, 013108(2021).

    [55] D. Margarone, I. J. Kim, J. Psikal, J. Kaufman, T. Mocek, I. W. Choi, L. Stolcova, J. Proska, A. Choukourov, I. Melnichuk, O. Klimo, J. Limpouch, J. H. Sung, S. K. Lee, G. Korn, T. M. Jeong. Phys. Rev. Spec. Top. Accel. Beams, 18, 071304(2015).

    [56] F. Wagner, O. Deppert, C. Brabetz, P. Fiala, A. Kleinschmidt, P. Poth, V. A. Schanz, A. Tebartz, B. Zielbauer, M. Roth, T. Stöhlker, V. Bagnoud. Phys. Rev. Lett., 116, 205002(2016).

    [57] W. Q. Wei, X. H. Yuan, Y. Fang, Z. Y. Ge, X. L. Ge, S. Yang, Y. F. Li, G. Q. Liao, Z. Zhang, F. Liu, M. Chen, L. Zhao, H. B. Zhuo, Y. T. Li, Z. M. Sheng, J. Zhang. Phys. Plasmas, 24, 113111(2017).

    [58] C. K. Huang, B. J. Albright, L. Yin, H. C. Wu, K. J. Bowers, B. M. Hegelich, J. C. Fernández. Phys. Plasmas, 18, 056707(2011).

    [59] J. Braenzel, A. A. Andreev, F. Abicht, L. Ehrentraut, K. Platonov, M. Schnürer. Phys. Rev. Lett., 118, 014801(2017).

    [60] A. A. Andreev, P. V. Nickles, K. Y. Platonov. Phys. Plasmas, 21, 083110(2014).

    [61] S. N. Chen, A. P. L. Robinson, P. Antici, E. Brambrink, E. d’Humières, S. Gaillard, T. Grismayer, A. Mancic, P. Mora, L. Romagnani, P. Audebert, H. Pépin, J. Fuchs. Phys. Plasmas, 21, 023119(2014).

    Tools

    Get Citation

    Copy Citation Text

    H. H. An, W. Wang, J. Xiong, C. Wang, X. Pan, X. P. Ouyang, S. Jiang, Z. Y. Xie, P. P. Wang, Y. L. Yao, N. Hua, Y. Wang, Z. C. Jiang, Q. Xiao, F. C. Ding, Y. T. Wan, X. Liu, R. R. Wang, Z. H. Fang, P. Q. Yang, Y. E. Jiang, P. Z. Zhang, B. Q. Zhu, J. R. Sun, B. Qiao, A. L. Lei, J. Q. Zhu. Accelerated protons with energies up to 70 MeV based on the optimized SG-II Peta-watt laser facility[J]. High Power Laser Science and Engineering, 2023, 11(5): 05000e63

    Download Citation

    EndNote(RIS)BibTexPlain Text
    Save article for my favorites
    Paper Information

    Category: Research Articles

    Received: Apr. 27, 2023

    Accepted: Jun. 20, 2023

    Published Online: Oct. 7, 2023

    The Author Email: C. Wang (wangch@mail.shcnc.ac.cn), B. Qiao (bqiao@pku.edu.cn), A. L. Lei (lal@siom.ac.cn), J. Q. Zhu (jqzhu@siom.ac.cn)

    DOI:10.1017/hpl.2023.54

    Topics