Thesis (M.S. in Physics)--Naval Postgraduate School, December 1990. / Thesis Advisor(s): Colson, William B. Second Reader: Maruyama, Xavier K. "December 1990." Description based on title screen as viewed on March 31, 2010. DTIC Identifier(s): Free Electron Lasers, Computerized Simulations, Parmela Computer Programs, Cray Computers, Theses. Author(s) subject terms: Free Electron Lasers, Computerized Simulation. Includes bibliographical references (p. 52-53). Also available in print.

Thesis (Ph. D.)--Montana State University--Bozeman, 2006. / Typescript. Chairperson, Graduate Committee: Neil J. Cornish. Includes bibliographical references (leaves 140-144).

An ongoing experiment is described to demonstrate the principle of multi-pulse laser wakefield acceleration, in which a plasma wakefield is resonantly excited by a train of laser pulses, spaced by the plasma wavelength. Particle-in-cell simulations of the initial single-pulse experimental setup are presented, in order to calculate the expected signal. Preliminary results are presented and future plans, based on work done so far, are discussed. Part of this work involves the implementation of a single-shot wakefield diagnostic - frequency-domain holography, which records the phase shift caused by passage of a probe pulse through the plasma. This implementation is described in detail, along with the associated analysis procedure. Practical difficulties encountered while implementing the diagnostic are discussed, along with possible ways of mitigating them in the future. A method is presented by which the noise level in the resulting phase measurements can be predicted, much more accurately than any previously published method for this technique. Methods of generating pulse trains for use in future multi-pulse laser wakefield acceleration experiments are presented. These include techniques proposed for use in this demonstration experiment, as well as one intended for use in a dedicated high-efficiency, high repetition-rate, multi-pulse driver laser. This last method, based on programmable pulse shaping using a spatial light modulator, requires a suitable mask to be computed based on the parameters of the required pulse train; an algorithm is described to perform this computation.

Ce mémoire de thèse traite du contrôle et de la mise en forme des fronts de phase et d'énergie d'impulsions lasers brèves ultra-intenses.<br />La première partie est consacrée à la conception et la réalisation d'une boucle d'optique adaptative pour la correction des distorsions de surface d'onde sur la chaîne laser de puissance 100 Térawatts du Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers Intenses. Cette boucle repose sur l'utilisation d'un dispositif à cristaux liquides comme modulateur de phase et d'un interféromètre à décalage comme senseur de front d'onde. L'association de ces deux dispositifs a permis la construction d'un système innovant de mesure et mise en forme de la surface d'onde d'impulsions lasers ultra-intenses. Il est démontré qu'il permet de corriger une surface d'onde présentant d'importantes distorsions et ainsi améliorer grandement la qualité de focalisation de faisceaux lasers. Cette boucle d'optique adaptative a été testée avec succès sur la chaîne 100 Térawatts et une correction de la surface d'onde de l'ordre de 60% a ainsi pu être démontrée.<br />La seconde partie du mémoire traite de la mise en forme d'une impulsion laser inhomogène brève permettant le pompage du milieu à gain (un plasma) d'un laser à rayons X. L'idée consiste à jouer sur le parallélisme du système de compression d'impulsions utilisé en fin de chaîne 100 Térawatts. Un modèle expliquant la génération d'une impulsion inhomogène laser brève à l'aide de ce compresseur à réseaux de diffraction est développé. Une campagne expérimentale Laser X a notamment permis de valider les prédictions théoriques annoncées par ce modèle et a montré la nécessité d'utiliser une telle impulsion inhomogène afin d'obtenir une émission laser X lorsque le pompage s'effectue par impulsion brève.