Temperature and density measurement of an ultra short laser pulse driven carbon plasma by skin-layer ion emission analysis

J Jan Riedlinger (Institut für Laser- und Plasmaphysik, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf , Düsseldorf 40225,) Q Qëndresa Ibraimi (Institut für Laser- und Plasmaphysik, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf , Düsseldorf 40225,) L Lars Torben Schwabe (Institut für Laser- und Plasmaphysik, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf , Düsseldorf 40225,) S Simon Lohnert (Institut für Laser- und Plasmaphysik, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf , Düsseldorf 40225,) G Georg Pretzler (Institut für Laser- und Plasmaphysik, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf , Düsseldorf 40225,)

Abstract

This study investigates the plasma properties induced by sub-10-fs laser pulses on carbon bulk targets in the sub 1018W/cm2 regime. Utilizing a Thomson parabola spectrometer, the keV ion emission resulting from skin-layer acceleration is measured. The retrieved spectra are evaluated using the Saha equations to deduce the transient plasma temperature and density in early states of the plasma. The results of the Saha solver, in agreement with experimental data, affirm the validity of a local thermodynamic equilibrium. Thereby, the temporal and spatially localized nature of the ion ejection mechanism is leveraged to obtain a snapshot of those parameters. In addition, a comparative analysis of carbon ion emissions and residual hydrogen ions offers insights into the plasma dynamics and possible future applications.

Article Details

Volume / Issue Vol. 137, Issue 19
Published May 21, 2025
ISSN 0021-8979
Publisher American Institute of Physics

Journal Info

Journal of Applied Physics

American Institute of Physics

ISSN: 0021-8979 Physical Sciences

Authors (5)

J

Jan Riedlinger

Institut für Laser- und Plasmaphysik, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf , Düsseldorf 40225,

Q

Qëndresa Ibraimi

Institut für Laser- und Plasmaphysik, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf , Düsseldorf 40225,

L

Lars Torben Schwabe

Institut für Laser- und Plasmaphysik, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf , Düsseldorf 40225,

S

Simon Lohnert

Institut für Laser- und Plasmaphysik, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf , Düsseldorf 40225,

G

Georg Pretzler

Institut für Laser- und Plasmaphysik, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf , Düsseldorf 40225,