Relativistic effects on intense laser beam propagation in plasma channels

Physics of Plasmas

Volumn 10, Issue 5 I, 2003, Pages 1483-1492

  Hafizi, B ^a   Ting, A ^b   Hubbard, R F ^b   Sprangle, P ^b   Penano J R ^b  

^a ICARUS RESEARCH INC   (United States)

^b NAVAL RESEARCH LABORATORY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

IONIZATION; LASER BEAMS; PLASMA DENSITY; RAMAN SCATTERING; X RAYS;

PLASMA LENSES;

LIGHT PROPAGATION;

EID: 0037957218     PISSN: 1070664X     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1063/1.1562937     Document Type: Article

References (96)

1. W. G. Wagner, H. A. Haus, and J. H. Marburger, Phys. Rev. 175, 256 (1968).
2. E. L. Dawes and J. H. Marburger, Phys. Rev. 179, 862 (1969).
3. E. Esarey, P. Sprangle, J. Krall, and A. Ting, IEEE J. Plasma Sci. PS-24, 252 (1996).
4. W. B. Mori, IEEE J. Quantum Electron. QE-33, 1942 (1997).
5. E. Esarey, P. Sprangle, J. Krall, and A. Ting, IEEE J. Quantum Electron. QE-33, 1879 (1997).
6. D. Umstadter, Phys. Plasmas 8, 1774 (2001).
7. Y. Nagata, K. Midorikawa, S. Kubodera, M. Obara, H. Tashiro, and K. Toyoda, Phys. Rev. Lett. 71, 3774 (1993); K. M. Krushelnick, W. Tighe, and S. Suckewer, J. Opt. Soc. Am. B 13, 306 (1996).
8. Y. Nagata, K. Midorikawa, S. Kubodera, M. Obara, H. Tashiro, and K. Toyoda, Phys. Rev. Lett. 71, 3774 (1993); K. M. Krushelnick, W. Tighe, and S. Suckewer, J. Opt. Soc. Am. B 13, 306 (1996).
9. C. Ren, B. J. Duda, R. G. Hemker, W. B. Mori, T. Katsouleas, T. M. Antonsen, and P. Mora, Phys. Rev. E 63, 026411 (2001).
10. R. F. Hubbard, B. Hafizi, A. Ting, D. Kaganovich, P. Sprangle, and A. Zigler, Phys. Plasmas 9, 1431 (2002).
11. F. S. Felber, Phys. Fluids 23, 1410 (1980).
12. G. Schmidt and W. Horton, Comments Plasma Phys. Controlled Fusion 9, 85 (1985).
13. P. Sprangle, C. M. Tang, and E. Esarey, IEEE Trans. Plasma Sci. PS-15, 145 (1987).
14. P. Chessa, P. Mora, and T. Antonsen, Phys. Plasmas 5, 3451 (1998).
15. G. Z. Sun, E. Ott, Y. C. Lee, and P. Guzdar, Phys. Fluids 30, 526 (1987).
16. D. C. Barnes, T. Kurki-Suonio, and T. Tajima, IEEE Trans. Plasma Sci. PS-15, 154 (1987); T. Kurki-Suonio, P. J. Morrison, and T. Tajima, Phys. Rev. A 40, 3230 (1989).
17. D. C. Barnes, T. Kurki-Suonio, and T. Tajima, IEEE Trans. Plasma Sci. PS-15, 154 (1987); T. Kurki-Suonio, P. J. Morrison, and T. Tajima, Phys. Rev. A 40, 3230 (1989).
18. A. B. Borisov, A. V. Borovskiy, V. V. Korobkin, A. M. Prokhorov, C. K. Rhodes, and O. B. Shiryaev, Phys. Rev. Lett. 65, 1753 (1990).
19. A. B. Borisov, A. V. Borovskiy, O. B. Shiryaev, V. V. Korobkin, A. M. Prokhorov, J. C. Solem, T. S. Luk, K. Boyer, and C. K. Rhodes, Phys. Rev. A 45, 5830 (1992).
20. L. A. Abramyan, A. G. Litvak, V. A. Mironov, and A. M. Sergeev, Zh. Eksp. Teor. Fiz. 102, 1816 (1992) [Sov. Phys. JETP 75, 978 (1992)].
21. X. L. Chen and R. N. Sudan, Phys. Rev. Lett. 70, 2082 (1993).
22. R. Annou, V. K. Tripathi, and M. P. Srivastava, Phys. Plasmas 3, 1356 (1996).
23. K. C. Tzeng and W. B. Mori, Phys. Rev. Lett. 81, 104 (1998).
24. B. Hafizi, A. Ting, P. Sprangle, and R. F. Hubbard, Phys. Rev. E 62, 4120 (2000).
25. F. Cattani, A. Kim, D. Andersen, and M. Lisak, Phys. Rev. E 64, 016412 (2001).
26. A. Kim, M. Tushentsov, F. Cattani, D. Anderson, and M. Lisak, Phys. Rev. E 65, 036416 (2002); A. Kim, M. Tushentsov, D. Anderson, and M. Lisak, Phys. Rev. Lett. 89, 095003 (2002).
27. A. Kim, M. Tushentsov, F. Cattani, D. Anderson, and M. Lisak, Phys. Rev. E 65, 036416 (2002); A. Kim, M. Tushentsov, D. Anderson, and M. Lisak, Phys. Rev. Lett. 89, 095003 (2002).
28. A. B. Borisov, A. V. Borovskiy, V. V. Korobkin, A. M. Prokhorov, O. B. Shiryaev, X. M. Shi, T. S. Luk, A. McPherson, J. C. Solem, K. Boyer, and C. K. Rhodes, Phys. Rev. Lett. 68, 2309 (1992).
29. P. Monot, T. Auguste, P. Gibbon, F. Jakober, G. Mainfray, A. Dulieu, M. Louis-Jacquet, G. Malka, and J. L. Miquel, Phys. Rev. Lett. 74, 2953 (1995).
30. K. Krushelnick, A. Ting, C. I. Moore, H. R. Burris, E. Esarey, P. Sprangle, and M. Baine, Phys. Rev. Lett. 78, 4047 (1997).
31. R. Wagner, S. Y. Chen, A. Maksimchuk, and D. Umstadter, Phys. Rev. Lett. 78, 3125 (1997).
32. S. Y. Chen, G. S. Sarkisov, A. Maksimchuk, R. Wagner, and D. Umstadter, Phys. Rev. Lett. 80, 2610 (1998).
33. A. B. Borisov, J. W. Longworth, K. Boyer, and C. K. Rhodes, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 95, 7854 (1998).
34. M. Borghesi, A. J. Mackinnon, L. Barringer, R. Gaillard, L. A. Gizzi, C. Meyer, O. Willi, A. Pukhov, and J. Meyer-ter-Vehn, Phys. Rev. Lett. 78, 879 (1997).
35. H. M. Milchberg, T. R. Clark, C. G. Durfee, T. M. Antonsen, and P. Mora, Phys. Plasmas 3, 2149 (1996); C. G. Durfee, J. Lynch, and H. M. Milchberg, Phys. Rev. E 51, 2368 (1995); C. G. Durfee and H. M. Milchberg, Phys. Rev. Lett. 71, 2409 (1993).
36. H. M. Milchberg, T. R. Clark, C. G. Durfee, T. M. Antonsen, and P. Mora, Phys. Plasmas 3, 2149 (1996); C. G. Durfee, J. Lynch, and H. M. Milchberg, Phys. Rev. E 51, 2368 (1995); C. G. Durfee and H. M. Milchberg, Phys. Rev. Lett. 71, 2409 (1993).
37. H. M. Milchberg, T. R. Clark, C. G. Durfee, T. M. Antonsen, and P. Mora, Phys. Plasmas 3, 2149 (1996); C. G. Durfee, J. Lynch, and H. M. Milchberg, Phys. Rev. E 51, 2368 (1995); C. G. Durfee and H. M. Milchberg, Phys. Rev. Lett. 71, 2409 (1993).
38. Y. Ehrlich, C. Cohen, A. Zigler, J. Krall, P. Sprangle, and E. Esarey, Phys. Rev. Lett. 77, 4186 (1996).
39. A. J. Mackinnon, M. Borghesi, A. Iwase, and O. Willi, Phys. Rev. Lett. 80, 5349 (1998).
40. D. Kaganovich, P. Sasorov, C. Cohen, and A. Zigler, Appl. Phys. Lett. 75, 772 (1999); D. Kaganovich, A. Zigler, R. F. Hubbard, P. Sprangle, and A. Ting, ibid. 78, 3175 (2001).
41. D. Kaganovich, P. Sasorov, C. Cohen, and A. Zigler, Appl. Phys. Lett. 75, 772 (1999); D. Kaganovich, A. Zigler, R. F. Hubbard, P. Sprangle, and A. Ting, ibid. 78, 3175 (2001).
42. D. J. Spence and S. M. Hooker, J. Opt. Soc. Am. B 17, 1565 (2000); A. Butler, D. J. Spence, and S. M. Hooker, Phys. Rev. Lett. 89, 185003 (2002); N. A. Bobrova, A. A. Esaulov, J. I. Sakai, P. V. Sasorov, D. J. Spence, A. Butler, S. M. Hooker, and S. V. Bulanov, Phys. Rev. E 65, 016407 (2002).
43. D. J. Spence and S. M. Hooker, J. Opt. Soc. Am. B 17, 1565 (2000); A. Butler, D. J. Spence, and S. M. Hooker, Phys. Rev. Lett. 89, 185003 (2002); N. A. Bobrova, A. A. Esaulov, J. I. Sakai, P. V. Sasorov, D. J. Spence, A. Butler, S. M. Hooker, and S. V. Bulanov, Phys. Rev. E 65, 016407 (2002).
44. D. J. Spence and S. M. Hooker, J. Opt. Soc. Am. B 17, 1565 (2000); A. Butler, D. J. Spence, and S. M. Hooker, Phys. Rev. Lett. 89, 185003 (2002); N. A. Bobrova, A. A. Esaulov, J. I. Sakai, P. V. Sasorov, D. J. Spence, A. Butler, S. M. Hooker, and S. V. Bulanov, Phys. Rev. E 65, 016407 (2002).
45. J. Faure, V. Malka, J. R. Marques, F. Amiranoff, C. Courtois, Z. Najmudin, K. Krushelnick, M. Salvati, A. E. Danger, A. Solodov, P. Mora, J. C. Adam, and A. Heron, Phys. Plasmas 7, 3009 (2000).
46. E. W. Gaul, S. P. Le Blanc, A. R. Rundquist, R. Zgadzaj, H. Langhoff, and M. C. Downer, Appl. Phys. Lett. 77, 4112 (2000).
47. C. Courtois, A. Couairon, B. Cros, J. R. Marques, and G. Matthieussent, Phys. Plasmas 8, 3445 (2001).
48. E. Esarey and W. P. Leemans, Phys. Rev. E 59, 1082 (1999).
49. P. Sprangle, B. Hafizi, and J. R. Penano, Phys. Rev. E 61, 4381 (2000).
50. C. Ren, R. G. Hemker, R. A. Fonseca, B. J. Duda, and W. B. Mori, Phys. Rev. Lett. 85, 2124 (2000).
51. V. B. Gildenburg, N. A. Zharova, and M. I. Bakunov, Phys. Rev. E 63, 066402 (2001).
52. N. E. Andreev, Y. Nishida, and N. Yugami, Phys. Rev. E 65, 056407 (2002).
53. M. Borghesi, A. J. MacKinnon, R. Gaillard, O. Willi, A. Pukhov, and J. Meyer-ter-Vehn, Phys. Rev. Lett. 80, 5137 (1998).
54. G. S. Sarkisov, V. Yu. Bychenkov, V. N. Novikov, V. T. Tikhonchuk, A. Maksimchuk, S. Y. Chen, R. Wagner, G. Mourou, and D. Umstadter, Phys. Rev. E 59, 7042 (1999).
55. A. G. Khachatryan, Phys. Rev. E 60, 6210 (1999); Phys. Plasmas 7, 5252 (2000).
56. A. G. Khachatryan, Phys. Rev. E 60, 6210 (1999); Phys. Plasmas 7, 5252 (2000).
57. B. J. Duda and W. B. Mori, Phys. Rev. E 61, 1925 (2000).
58. C. S. Liu and V. K. Tripathi, Phys. Plasmas 8, 285 (2001).
59. D. Giulietti, M. Galimberti, A. Giulietti, L. A. Gizzi, M. Borghesi, P. Balcou, A. Rousse, and J. P. Rousseau, Phys. Rev. E 64, 015402(R) (2001).
60. D. Farina, M. Lontano, I. G. Murusidze, and S. Mikeladze, Phys. Rev. E 63, 056409 (2001).
61. T. M. Antonsen and P. Mora, Phys. Rev. Lett. 69, 2204 (1992); P. Mora and T. M. Antonsen, Phys. Plasmas 4, 217 (1997).
62. T. M. Antonsen and P. Mora, Phys. Rev. Lett. 69, 2204 (1992); P. Mora and T. M. Antonsen, Phys. Plasmas 4, 217 (1997).
63. E. Esarey, C. B. Schroeder, B. A. Shadwick, J. S. Wurtele, and W. P. Leemans, Phys. Rev. Lett. 84, 3081 (2000).
64. A. Goltsov, A. Morozov, S. Suckewer, R. Elton, U. Feldman, K. Krushelnick, T. Jones, C. Moore, J. Seely, P. Sprangle, A. Ting, and A. Zigler, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 5, 1453 (1999).
65. P. Sprangle, E. Esarey, and A. Ting, Phys. Rev. Lett. 64, 2011 (1990); Phys. Rev. A 41, 4463 (1990).
66. P. Sprangle, E. Esarey, and A. Ting, Phys. Rev. Lett. 64, 2011 (1990); Phys. Rev. A 41, 4463 (1990).
67. M. D. Feit, J. C. Garrison, and A. M. Rubenchik, Phys. Rev. E 53, 1068 (1996).
68. P. Sprangle, B. Hafizi, J. R. Peñano, R. F. Hubbard, A. Ting, C. I. Moore, D. F. Gordon, A. Zigler, D. Kaganovich, and T. M. Antonsen, Phys. Rev. E 63, 056405 (2001).
69. C. J. McKinstrie and R. Bingham, Phys. Fluids B 4, 2626 (1992).
70. N. A. Andreev, L. M. Gorbunov, V. I. Kirsanov, A. A. Pogosova, and R. R. Ramazashvili, Pis'ma Zh. Eksp. Teor. Fiz. 55, 551 (1992) [JETP Lett. 55, 571 (1992)].
71. J. Krall, A. Ting, E. Esarey, and P. Sprangle, Phys. Rev. E 48, 2157 (1993).
72. X. L. Chen and R. N. Sudan, Phys. Fluids B 5, 1336 (1993).
73. W. B. Mori, C. D. Decker, D. E. Hinkel, and T. Katsouleas, Phys. Rev. Lett. 72, 1482 (1994).
74. C. D. Decker, W. B. Mori, and T. Katsouleas, Phys. Rev. E 50, R3338 (1994).
75. K. C. Tzeng, W. B. Mori, and C. D. Decker, Phys. Rev. Lett. 76, 3332 (1996).
76. P. Sprangle, E. Esarey, and B. Hafizi, Phys. Rev. Lett. 79, 1046 (1997); Phys. Rev. E 56, 5894 (1997).
77. P. Sprangle, E. Esarey, and B. Hafizi, Phys. Rev. Lett. 79, 1046 (1997); Phys. Rev. E 56, 5894 (1997).
78. P. Sprangle and B. Hafizi, Phys. Plasmas 6, 1683 (1999).
79. N. E. Andreev, L. M. Gorbunov, V. I. Kirsanov, K. Nakajima, and A. Ogata, Phys. Plasmas 4, 1145 (1997).
80. D. F. Gordon, B. Hafizi, P. Sprangle, R. F. Hubbard, J. R. Penano, and W. B. Mori, Phys. Rev. E 64, 046404 (2001); D. F. Gordon, B. Hafizi, R. F. Hubbard, and P. Sprangle, Phys. Plasmas 9, 1157 (2002).
81. D. F. Gordon, B. Hafizi, P. Sprangle, R. F. Hubbard, J. R. Penano, and W. B. Mori, Phys. Rev. E 64, 046404 (2001); D. F. Gordon, B. Hafizi, R. F. Hubbard, and P. Sprangle, Phys. Plasmas 9, 1157 (2002).
82. J. R. Peñano, B. Hafizi, P. Sprangle, and R. F. Hubbard, Phys. Rev. E 66, 036402 (2002).
83. P. Sprangle, A. Ting, and C. M. Tang, Phys. Rev. Lett. 59, 202 (1987); Phys. Rev. A 36, 2773 (1987).
84. P. Sprangle, A. Ting, and C. M. Tang, Phys. Rev. Lett. 59, 202 (1987); Phys. Rev. A 36, 2773 (1987).
85. I. S. Gradshteyn and I. M. Ryzhik, Table of Integrals, Series, and Products (Academic, San Diego, CA, 1980), Eq. (9.14 1).
86. 2.
87. In Ref. 71, Eq. (9.301).
88. W. L. Kruer, The Physics of Laser Plasma Interactions (Addison-Wesley, Redwood City, CA, 1988), Sec. 3.2.
89. R. F. Hubbard, P. Sprangle, and B. Hafizi, IEEE Trans. Plasma Sci. 28, 1159 (2000).
90. R. F. Hubbard, D. Kaganovich, B. Hafizi, C. I. Moore, P. Sprangle, A. Ting, and A. Zigler, Phys. Rev. E 63, 036502 (2001).
91. T. Katsouleas, Phys. Rev. A 33, 2056 (1986).
92. In Ref. 71, Eq. (3.3123).
93. S. Wolfram, The MATHEMATICA Book (Wolfram Media, Champaign, IL and Cambridge University Press, Cambridge, UK, 1996).
94. In Ref. 71, Eq. (9.1311).
95. O. I. Marichev, Handbook of Integral Transforms of Higher Transcendental Functions (Ellis Horwood, Chichester, England, 1983), Eq. (5.5).
96. In Ref. 81, Sec. 8.