High Power Laser Science and Engineering, Volume. 11, Issue 3, 03000e34(2023)

Optimization and control of synchrotron emission in ultraintense laser–solid interactions using machine learning On the Cover

J. Goodman1, M. King1,2, E. J. Dolier1, R. Wilson1, R. J. Gray1, and P. McKenna1,2、*
Author Affiliations
  • 1SUPA Department of Physics, University of Strathclyde, Glasgow, UK
  • 2The Cockcroft Institute, Sci-Tech Daresbury, Warrington, UK
  • show less
    References(89)

    [1] H. Schwoerer, P. Gibbon, S. Düsterer, R. Behrens, C. Ziener, C. Reich, R. Sauerbrey. Phys. Rev. Lett., 86, 2317(2001).

    [2] C. D. Chen, A. J. Kemp, F. Pérez, A. Link, F. N. Beg, S. Chawla, M. H. Key, H. McLean, A. Morace, Y. Ping, A. Sorokovikova, R. B. Stephens, M. Streeter, B. Westover, P. K. Patel. Phys. Plasmas, 20, 052703(2013).

    [3] S. Singh, C. D. Armstrong, N. Kang, L. Ren, H. Liu, N. Hua, D. R. Rusby, O. Klimo, R. Versaci, Y. Zhang, M. Sun, B. Zhu, A. Lei, X. Ouyang, L. Lancia, A. L. Garcia, A. Wagner, T. Cowan, J. Zhu, T. Schlegel, S. Weber, P. McKenna, D. Neely, V. Tikhonchuk, D. Kumar. Plasma Phys. Control. Fusion, 63, 035004(2021).

    [4] A. Rousse, P. Audebert, J. P. Geindre, F. Falliès, J. C. Gauthier, A. Mysyrowicz, G. Grillon, A. Antonetti. Phys. Rev. E, 50, 2200(1994).

    [5] R. D. Edwards, M. A. Sinclair, T. J. Goldsack, K. Krushelnick, F. N. Beg, E. L. Clark, A. E. Dangor, Z. Najmudin, M. Tatarakis, B. Walton, M. Zepf, K. W. D. Ledingham, I. Spencer, P. A. Norreys, R. J. Clarke, R. Kodama, Y. Toyama, M. Tampo. Appl. Phys. Lett., 80, 2129(2002).

    [6] J. Galy, M. Maučec, D. J. Hamilton, R. Edwards, J. Magill. New J. Phys., 9, 23(2007).

    [7] C. Courtois, R. Edwards, A. C. La Fontaine, C. Aedy, M. Barbotin, S. Bazzoli, L. Biddle, D. Brebion, J. L. Bourgade, D. Drew, M. Fox, M. Gardner, J. Gazave, J. M. Lagrange, O. Landoas, L. Le Dain, E. Lefebvre, D. Mastrosimone, N. Pichoff, G. Pien, M. Ramsay, A. Simons, N. Sircombe, C. Stoeckl, K. Thorp. Phys. Plasmas, 18, 023101(2011).

    [8] C. M. Brenner, S. R. Mirfayzi, D. R. Rusby, C. Armstrong, A. Alejo, L. A. Wilson, R. Clarke, H. Ahmed, N. M. H. Butler, D. Haddock, A. Higginson, A. McClymont, C. Murphy, M. Notley, P. Oliver, R. Allott, C. Hernandez-Gomez, S. Kar, P. McKenna, D. Neely. Plasma Phys. Control. Fusion, 58, 014039(2016).

    [9] K. W. D. Ledingham, I. Spencer, T. McCanny, R. P. Singhal, M. I. K. Santala, E. Clark, I. Watts, F. N. Beg, M. Zepf, K. Krushelnick, M. Tatarakis, A. E. Dangor, P. A. Norreys, R. Allott, D. Neely, R. J. Clark, A. C. Machacek, J. S. Wark, A. J. Cresswell, D. C. W. Sanderson, J. Magill. Phys. Rev. Lett., 84, 899(2000).

    [10] E. P. Liang, S. C. Wilks, M. Tabak. Phys. Rev. Lett., 81, 4887(1998).

    [11] T. E. Cowan, M. D. Perry, M. H. Key, T. R. Ditmire, S. P. Hatchett, E. A. Henry, J. D. Moody, M. J. Moran, D. M. Pennington, T. W. Phillips, T. C. Sangster, J. A. Sefcik, M. S. Singh, R. A. Snavely, M. A. Stoyer, S. C. Wilks, P. E. Young, Y. Takahashi, B. Dong, W. Fountain, T. Parnell, J. Johnson, A. W. Hunt, T. Kühl. Laser Part. Beams, 17, 773(1999).

    [12] B. Shen, J. Meyer-ter Vehn. Phys. Rev. E, 65, 016405(2001).

    [13] H. Chen, S. C. Wilks, D. D. Meyerhofer, J. Bonlie, C. D. Chen, S. N. Chen, C. Courtois, L. Elberson, G. Gregori, W. Kruer, O. Landoas, J. Mithen, J. Myatt, C. D. Murphy, P. Nilson, D. Price, M. Schneider, R. Shepherd, C. Stoeckl, M. Tabak, R. Tommasini, P. Beiersdorfer. Phys. Rev. Lett., 105, 015003(2010).

    [14] B. Martinez, M. Lobet, R. Duclous, E. d’Humières, L. Gremillet. Phys. Plasmas, 26, 103109(2019).

    [15] J. W. Yoon, Y. G. Kim, I. W. Choi, J. H. Sung, H. W. Lee, S. K. Lee, C. H. Nam. Optica, 8, 630(2021).

    [16] F. Sauter. Z. Phys., 69, 742(1931).

    [17] J. Schwinger. Phys. Rev., 82, 664(1951).

    [18] A. M. Fedotov, N. B. Narozhny, G. Mourou, G. Korn. Phys. Rev. Lett., 105, 080402(2010).

    [19] G. Breit, J. A. Wheeler. Phys. Rev., 46, 1087(1934).

    [20] A. R. Bell, J. G. Kirk. Phys. Rev. Lett., 101, 200403(2008).

    [21] C. P. Ridgers, C. S. Brady, R. Duclous, J. G. Kirk, K. Bennett, T. D. Arber, A. P. L. Robinson, A. R. Bell. Phys. Rev. Lett., 108, 165006(2012).

    [22] J. M. Cole, K. T. Behm, E. Gerstmayr, T. G. Blackburn, J. C. Wood, C. D. Baird, M. J. Duff, C. Harvey, A. Ilderton, A. S. Joglekar, K. Krushelnick, S. Kuschel, M. Marklund, P. McKenna, C. D. Murphy, K. Poder, C. P. Ridgers, G. M. Samarin, G. Sarri, D. R. Symes, A. G. R. Thomas, J. Warwick, M. Zepf, Z. Najmudin, S. P. D. Mangles. Phys. Rev. X, 8, 011020(2018).

    [23] K. Poder, M. Tamburini, G. Sarri, A. Di Piazza, S. Kuschel, C. D. Baird, K. Behm, S. Bohlen, J. M. Cole, D. J. Corvan, M. Duff, E. Gerstmayr, C. H. Keitel, K. Krushelnick, S. P. D. Mangles, P. McKenna, C. D. Murphy, Z. Najmudin, C. P. Ridgers, G. M. Samarin, D. R. Symes, A. G. R. Thomas, J. Warwick, M. Zepf. Phys. Rev. X, 8, 031004(2018).

    [24] C. S. Brady, C. P. Ridgers, T. D. Arber, A. R. Bell, J. G. Kirk. Phys. Rev. Lett., 109, 245006(2012).

    [25] T. Nakamura, J. K. Koga, T. Zh. Esirkepov, M. Kando, G. Korn, S. V. Bulanov. Phys. Rev. Lett., 108, 195001(2012).

    [26] C. S. Brady, C. P. Ridgers, T. D. Arber, A. R. Bell. Phys. Plasmas, 21, 033108(2014).

    [27] L. L. Ji, A. Pukhov, E. N. Nerush, I. Yu. Kostyukov, B. F. Shen, K. U. Akli. Phys. Plasmas, 21, 023109(2014).

    [28] P. Hadjisolomou, T. M. Jeong, S. V. Bulanov. Sci. Rep., 12, 17143(2022).

    [29] P. Hadjisolomou, T. M. Jeong, P. Valenta, D. Kolenaty, R. Versaci, V. Olšovcová, C. P. Ridgers, S. V. Bulanov. J. Plasma Phys., 88, 905880104(2022).

    [30] P. Zhang, C. P. Ridgers, A. G. R. Thomas. New J. Phys., 17, 043051(2015).

    [31] D. A. Serebryakov, E. N. Nerush. Quantum Electron., 46, 299(2016).

    [32] D. J. Stark, T. Toncian, A. V. Arefiev. Phys. Rev. Lett., 116, 185003(2016).

    [33] H. X. Chang, B. Qiao, T. W. Huang, Z. Xu, C. T. Zhou, Y. Q. Gu, X. Q. Yan, M. Zepf, X. T. He. Sci. Rep., 7, 45031(2017).

    [34] H.-Z. Li, T.-P. Yu, J.-J. Liu, Y. Yin, X.-L. Zhu, R. Capdessus, F. Pegoraro, Z.-M. Sheng, P. McKenna, F.-Q. Shao. Sci. Rep., 7, 17312(2017).

    [35] R. Capdessus, M. King, D. Del Sorbo, M. Duff, C. P. Ridgers, P. McKenna. Sci. Rep., 8, 9155(2018).

    [36] Z. Gong, R. H. Hu, H. Y. Lu, J. Q. Yu, D. H. Wang, E. G. Fu, C. E. Chen, X. T. He, X. Q. Yan. Plasma Phys. Control. Fusion, 60, 044004(2018).

    [37] Y.-J. Gu, O. Klimo, S. V. Bulanov, S. Weber. Commun. Phys., 1, 93(2018).

    [38] O. Jansen, T. Wang, D. J. Stark, E. d’Humières, T. Toncian, A. V. Arefiev. Plasma Phys. Control. Fusion, 60, 054006(2018).

    [39] K. V. Lezhnin, P. V. Sasorov, G. Korn, S. V. Bulanov. Phys. Plasmas, 25, 123105(2018).

    [40] W. Luo, S.-D. Wu, W.-Y. Liu, Y.-Y. Ma, F.-Y. Li, T. Yuan, J.-Y. Yu, M. Chen, Z.-M. Sheng. Plasma Phys. Control. Fusion, 60, 095006(2018).

    [41] B. Martinez, E. d’Humières, L. Gremillet. Plasma Phys. Control. Fusion, 60, 074009(2018).

    [42] W.-M. Wang, Z.-M. Sheng, P. Gibbon, L.-M. Chen, Y.-T. Li, J. Zhang. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A, 115, 9911(2018).

    [43] X.-L. Zhu, T.-P. Yu, M. Chen, S.-M. Weng, Z.-M. Sheng. New J. Phys., 20, 083013(2018).

    [44] T. W. Huang, C. M. Kim, C. T. Zhou, M. H. Cho, K. Nakajima, C. M. Ryu, S. C. Ruan, C. H. Nam. New J. Phys., 21, 013008(2019).

    [45] D. A. Serebryakov, T. M. Volkova, E. N. Nerush, I. Y. Kostyukov. Plasma Phys. Control. Fusion, 61, 074007(2019).

    [46] Y. Zhao, J. Liu, Y. Li, G. Xia. Plasma Phys. Control. Fusion, 61, 065010(2019).

    [47] T. Wang, X. Ribeyre, Z. Gong, O. Jansen, E. d’Humières, D. Stutman, T. Toncian, A. Arefiev. Phys. Rev. Appl., 13, 054024(2020).

    [48] X.-B. Wang, G.-Y. Hu, Z.-M. Zhang, Y.-Q. Gu, B. Zhao, Y. Zuo, J. Zheng. High Power Laser Sci. Eng., 8, e34(2020).

    [49] K. Xue, Z.-K. Dou, F. Wan, T.-P. Yu, W.-M. Wang, J.-R. Ren, Q. Zhao, Y.-T. Zhao, Z.-F. Xu, J.-X. Li. Matter Radiat. Extrem., 5, 054402(2020).

    [50] Y. Zhao, J. Liu, G. Xia, A. Bonatto. Phys. Plasmas, 27, 073106(2020).

    [51] L. Fedeli, A. Sainte-Marie, N. Zaim, M. Thévenet, J. L. Vay, A. Myers, F. Quéré, H. Vincenti. Phys. Rev. Lett., 127, 114801(2021).

    [52] P. Hadjisolomou, T. M. Jeong, P. Valenta, G. Korn, S. V. Bulanov. Phys. Rev. E, 104, 015203(2021).

    [53] Y. He, T. G. Blackburn, T. Toncian, A. V. Arefiev. Commun. Phys., 4, 139(2021).

    [54] S. Chintalwad, S. Krishnamurthy, B. Ramakrishna, C. P. Ridgers. Phys. Rev. E, 105, 025205(2022).

    [55] F. Wan, C. Lv, M. Jia, H. Sang, B. Xie. Eur. Phys. J. D, 71, 236(2017).

    [56] J. Vyskočil, O. Klimo, S. Weber. Plasma Phys. Control. Fusion, 60, 054013(2018).

    [57] J. Vyskočil, E. Gelfer, O. Klimo. Plasma Phys. Control. Fusion, 62, 064002(2020).

    [58] S. Morris, A. Robinson, C. Ridgers. Phys. Plasmas, 28, 103304(2021).

    [59] B. Martinez, E. d’Humières, L. Gremillet. Phys. Rev. Res., 2, 043341(2020).

    [60] V. A. Vshivkov, N. M. Naumova, F. Pegoraro, S. V. Bulanov. Phys. Plasmas, 5, 2727(1998).

    [61] S. Palaniyappan, B. M. Hegelich, H.-C. Wu, D. Jung, D. C. Gautier, L. Yin, B. J. Albright, R. P. Johnson, T. Shimada, S. Letzring, D. T. Offermann, J. Ren, C. Huang, R. Hörlein, B. Dromey, J. C. Fernandez, R. C. Shah. Nat. Phys., 8, 763(2012).

    [62] C. S. Brady, C. P. Ridgers, T. D. Arber, A. R. Bell. Plasma Phys. Control. Fusion, 55, 124016(2013).

    [63] B. Shahriari, K. Swersky, Z. Wang, R. P. Adams, N. de Freitas. Proc. IEEE, 104, 148(2016).

    [64] P. I. Frazier. Recent Advances in Optimization and Modeling of Contemporary Problems, 255(2018).

    [65] S. Jalas, M. Kirchen, P. Messner, P. Winkler, L. Hübner, J. Dirkwinkel, M. Schnepp, R. Lehe, A. R. Maier. Phys. Rev. Lett., 126, 104801(2021).

    [66] R. J. Shalloo, S. J. D. Dann, J.-N. Gruse, C. I. D. Underwood, A. F. Antoine, C. Arran, M. Backhouse, C. D. Baird, M. D. Balcazar, N. Bourgeois, J. A. Cardarelli, P. Hatfield, J. Kang, K. Krushelnick, S. P. D. Mangles, C. D. Murphy, N. Lu, J. Osterhoff, K. Põder, P. P. Rajeev, C. P. Ridgers, S. Rozario, M. P. Selwood, A. J. Shahani, D. R. Symes, A. G. R. Thomas, C. Thornton, Z. Najmudin, M. J. V. Streeter. Nat. Commun., 11, 6355(2020).

    [67] E. J. Dolier, M. King, R. Wilson, R. J. Gray, P. McKenna. New J. Phys., 24, 073025(2022).

    [68] A. Gonoskov, E. Wallin, A. Polovinkin, I. Meyerov. Sci. Rep., 9, 7043(2019).

    [69] B. Z. Djordjević, A. J. Kemp, J. Kim, R. A. Simpson, S. C. Wilks, T. Ma, D. A. Mariscal. Phys. Plasmas, 28, 043105(2021).

    [70] Z.-H. He, B. Hou, V. Lebailly, J. A. Nees, K. Krushelnick, A. G. R. Thomas. Nat. Commun., 6, 7156(2015).

    [71] Z.-H. He, B. Hou, G. Gao, V. Lebailly, J. A. Nees, R. Clarke, K. Krushelnick, A. G. R. Thomas. Phys. Plasmas, 22, 056704(2015).

    [72] S. J. D. Dann, C. D. Baird, N. Bourgeois, O. Chekhlov, S. Eardley, C. D. Gregory, J.-N. Gruse, J. Hah, D. Hazra, S. J. Hawkes, C. J. Hooker, K. Krushelnick, S. P. D. Mangles, V. A. Marshall, C. D. Murphy, Z. Najmudin, J. A. Nees, J. Osterhoff, B. Parry, P. Pourmoussavi, S. V. Rahul, P. P. Rajeev, S. Rozario, J. D. E. Scott, R. A. Smith, E. Springate, Y. Tang, S. Tata, A. G. R. Thomas, C. Thornton, D. R. Symes, M. J. V. Streeter. Phys. Rev. Accel. Beams, 22, 041303(2019).

    [73] J. R. Smith, C. Orban, J. T. Morrison, K. M. George, G. K. Ngirmang, E. A. Chowdhury, W. M. Roquemore. New J. Phys., 22, 103067(2020).

    [74] K. Deb. Search Methodologies: Introductory Tutorials in Optimization and Decision Support Techniques, 403(2014).

    [75] M. T. M. Emmerich, A. H. Deutz. Nat. Comput., 17, 585(2018).

    [76] R. Roussel, A. Hanuka, A. Edelen. Phys. Rev. Accel. Beams, 24, 062801(2021).

    [77] F. Irshad, S. Karsch, A. Döpp. Phys. Rev. Res., 5, 013063(2023).

    [78] T. D. Arber, K. Bennett, C. S. Brady, A. Lawrence-Douglas, M. G. Ramsay, N. J. Sircombe, P. Gillies, R. G. Evans, H. Schmitz, A. R. Bell, C. P. Ridgers. Plasma Phys. Control. Fusion, 57, 113001(2015).

    [79] C. P. Ridgers, J. G. Kirk, R. Duclous, T. G. Blackburn, C. S. Brady, K. Bennett, T. D. Arber, A. R. Bell. J. Comput. Phys., 260, 273(2014).

    [80] D. Wu, X. T. He, W. Yu, S. Fritzsche. High Power Laser Sci. Eng., 6, e50(2018).

    [81] F. Pedregosa, G. Varoquaux, A. Gramfort, V. Michel, B. Thirion, O. Grisel, M. Blondel, P. Prettenhofer, R. Weiss, V. Dubourg, J. Vanderplas, A. Passos, D. Cournapeau, M. Brucher, M. Perrot, É. Duchesnay, J. Mach. Learn. Res., 12, 2825(2011).

    [82] M. Hoffman, E. Brochu, N. de FreitasUAI’11: Proceedings of the Twenty-Seventh Conference on Uncertainty in Artificial Intelligence. , , and , in (AUAI Press, ), p. ., 327(2011).

    [83] J. Goodman, M. King, R. Wilson, R. J. Gray, P. McKenna. New J. Phys., 24, 053016(2022).

    [84] S. D. R. Williamson, R. J. Gray, M. King, R. Wilson, R. J. Dance, C. Armstrong, D. R. Rusby, C. Brabetz, F. Wagner, B. Zielbauer, V. Bagnoud, D. Neely, P. McKenna. New J. Phys., 22, 053044(2020).

    [85] S. C. Wilks, W. L. Kruer, M. Tabak, A. B. Langdon. Phys. Rev. Lett., 69, 1383(1992).

    [86] A. P. L. Robinson, P. Gibbon, M. Zepf, S. Kar, R. G. Evans, C. Bellei. Plasma Phys. Control. Fusion, 51, 024004(2009).

    [87] P. M. Nilson, J. R. Davies, W. Theobald, P. A. Jaanimagi, C. Mileham, R. K. Jungquist, C. Stoeckl, I. A. Begishev, A. A. Solodov, J. F. Myatt, J. D. Zuegel, T. C. Sangster, R. Betti, D. D. Meyerhofer. Phys. Rev. Lett., 108, 085002(2012).

    [88] E. N. Nerush, I. Yu. Kostyukov, L. Ji, A. Pukhov. Phys. Plasmas, 21, 013109(2014).

    [89] R. Wilson, M. King, N. M. H. Butler, D. C. Carroll, T. P. Frazer, M. J. Duff, A. Higginson, R. J. Dance, J. Jarrett, Z. E. Davidson, C. D. Armstrong, H. Liu, S. J. Hawkes, R. J. Clarke, D. Neely, R. J. Gray, P. McKenna. Sci. Rep., 12, 1910(2022).

    Tools

    Get Citation

    Copy Citation Text

    J. Goodman, M. King, E. J. Dolier, R. Wilson, R. J. Gray, P. McKenna. Optimization and control of synchrotron emission in ultraintense laser–solid interactions using machine learning[J]. High Power Laser Science and Engineering, 2023, 11(3): 03000e34

    Download Citation

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

    Category: Research Articles

    Received: Dec. 10, 2022

    Accepted: Feb. 6, 2023

    Published Online: May. 29, 2023

    The Author Email: P. McKenna (paul.mckenna@strath.ac.uk)

    DOI:10.1017/hpl.2023.11

    Topics