Abstract

We present a quantitative shadowgraphic method that can measure the density of a laser-generated plasma in air. Simultaneous comparison of both shadowgraphy and interferometry has been carried out, allowing the experimental evaluation of the reliability of the shadowgraphic method. Even though limited by absorption in the sample, shadowgraphy performs better in terms of sensitivity.

© 2007 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. A. Dubietis, A. Couairon, E. Kucinskas, G. Tamošauskas, E. Gaižauskas, D. Faccio, and P. Di Trapani, Appl. Phys. B 84, 439 (2006).
    [CrossRef]
  2. I. H. Mitchell, R. Aliaga-Rossel, R. Saavedra, H. Chuaqui, M. Favre, and E. S. Wyndham, Phys. Plasmas 7, 5140 (2000).
    [CrossRef]
  3. M. Tatarakis, J. R. Davies, P. Lee, R. A. Norreys, N. G. Kassapakis, F. Beg, A. R. Bell, M. G. Haines, and A. E. Dangor, Phys. Rev. Lett. 81, 999 (1998).
    [CrossRef]
  4. Y. Matsumoto, K. Koyama, M. Tanimoto, and M. Sugiura, J. Appl. Phys. 52, 3259 (1981).
    [CrossRef]
  5. M. Borghesi, A. Giulietti, D. Giulietti, L. A. Gizzi, A. Macchi, and O. Willi, Phys. Rev. E 54, 6769 (1996).
    [CrossRef]
  6. S. Eliezer, The Interaction of High-Power Lasers with Plasmas (Institute of Physics, 2002), Chap. 5.
    [CrossRef]
  7. X. Mao, S. S. Mao, and R. E. Russo, Appl. Phys. Lett. 82, 697 (2003).
    [CrossRef]
  8. Q. Sun, H. Jiang, Y. Liu, Z. Wu, H. Yang, and Q. Gong, Opt. Lett. 30, 320 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. D. Marcuse, Appl. Opt. 18, 9 (1979).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. W. Merzkirch, Flow Visualization (Academic, 1987), pp. 123-134.
  11. R. de Bruyn, E. Bodenschatz, S. W. Morris, S. P. Trainoff, Y. Hu, D. S. Cannel, and G. Ahlers, Rev. Sci. Instrum. 67, 2043 (1996).
    [CrossRef]
  12. C. M. Vest, J. Opt. Soc. Am. 64, 1215 (1974).
    [CrossRef]
  13. S. P. Trainoff and D. S. Cannell, Phys. Fluids 14, 1340 (2002).
    [CrossRef]
  14. M. Hipp, J. Woisetschläger, P. Reiterer, and T. Neger, Measurement 36, 53 (2004).
    [CrossRef]
  15. D. C. Ghiglia and L. A. Romero, J. Opt. Soc. Am. A 11, 107 (1994).
    [CrossRef]

2006 (1)

A. Dubietis, A. Couairon, E. Kucinskas, G. Tamošauskas, E. Gaižauskas, D. Faccio, and P. Di Trapani, Appl. Phys. B 84, 439 (2006).
[CrossRef]

2005 (1)

2004 (1)

M. Hipp, J. Woisetschläger, P. Reiterer, and T. Neger, Measurement 36, 53 (2004).
[CrossRef]

2003 (1)

X. Mao, S. S. Mao, and R. E. Russo, Appl. Phys. Lett. 82, 697 (2003).
[CrossRef]

2002 (1)

S. P. Trainoff and D. S. Cannell, Phys. Fluids 14, 1340 (2002).
[CrossRef]

2000 (1)

I. H. Mitchell, R. Aliaga-Rossel, R. Saavedra, H. Chuaqui, M. Favre, and E. S. Wyndham, Phys. Plasmas 7, 5140 (2000).
[CrossRef]

1998 (1)

M. Tatarakis, J. R. Davies, P. Lee, R. A. Norreys, N. G. Kassapakis, F. Beg, A. R. Bell, M. G. Haines, and A. E. Dangor, Phys. Rev. Lett. 81, 999 (1998).
[CrossRef]

1996 (2)

M. Borghesi, A. Giulietti, D. Giulietti, L. A. Gizzi, A. Macchi, and O. Willi, Phys. Rev. E 54, 6769 (1996).
[CrossRef]

R. de Bruyn, E. Bodenschatz, S. W. Morris, S. P. Trainoff, Y. Hu, D. S. Cannel, and G. Ahlers, Rev. Sci. Instrum. 67, 2043 (1996).
[CrossRef]

1994 (1)

1981 (1)

Y. Matsumoto, K. Koyama, M. Tanimoto, and M. Sugiura, J. Appl. Phys. 52, 3259 (1981).
[CrossRef]

1979 (1)

1974 (1)

Ahlers, G.

R. de Bruyn, E. Bodenschatz, S. W. Morris, S. P. Trainoff, Y. Hu, D. S. Cannel, and G. Ahlers, Rev. Sci. Instrum. 67, 2043 (1996).
[CrossRef]

Aliaga-Rossel, R.

I. H. Mitchell, R. Aliaga-Rossel, R. Saavedra, H. Chuaqui, M. Favre, and E. S. Wyndham, Phys. Plasmas 7, 5140 (2000).
[CrossRef]

Beg, F.

M. Tatarakis, J. R. Davies, P. Lee, R. A. Norreys, N. G. Kassapakis, F. Beg, A. R. Bell, M. G. Haines, and A. E. Dangor, Phys. Rev. Lett. 81, 999 (1998).
[CrossRef]

Bell, A. R.

M. Tatarakis, J. R. Davies, P. Lee, R. A. Norreys, N. G. Kassapakis, F. Beg, A. R. Bell, M. G. Haines, and A. E. Dangor, Phys. Rev. Lett. 81, 999 (1998).
[CrossRef]

Bodenschatz, E.

R. de Bruyn, E. Bodenschatz, S. W. Morris, S. P. Trainoff, Y. Hu, D. S. Cannel, and G. Ahlers, Rev. Sci. Instrum. 67, 2043 (1996).
[CrossRef]

Borghesi, M.

M. Borghesi, A. Giulietti, D. Giulietti, L. A. Gizzi, A. Macchi, and O. Willi, Phys. Rev. E 54, 6769 (1996).
[CrossRef]

Cannel, D. S.

R. de Bruyn, E. Bodenschatz, S. W. Morris, S. P. Trainoff, Y. Hu, D. S. Cannel, and G. Ahlers, Rev. Sci. Instrum. 67, 2043 (1996).
[CrossRef]

Cannell, D. S.

S. P. Trainoff and D. S. Cannell, Phys. Fluids 14, 1340 (2002).
[CrossRef]

Chuaqui, H.

I. H. Mitchell, R. Aliaga-Rossel, R. Saavedra, H. Chuaqui, M. Favre, and E. S. Wyndham, Phys. Plasmas 7, 5140 (2000).
[CrossRef]

Couairon, A.

A. Dubietis, A. Couairon, E. Kucinskas, G. Tamošauskas, E. Gaižauskas, D. Faccio, and P. Di Trapani, Appl. Phys. B 84, 439 (2006).
[CrossRef]

Dangor, A. E.

M. Tatarakis, J. R. Davies, P. Lee, R. A. Norreys, N. G. Kassapakis, F. Beg, A. R. Bell, M. G. Haines, and A. E. Dangor, Phys. Rev. Lett. 81, 999 (1998).
[CrossRef]

Davies, J. R.

M. Tatarakis, J. R. Davies, P. Lee, R. A. Norreys, N. G. Kassapakis, F. Beg, A. R. Bell, M. G. Haines, and A. E. Dangor, Phys. Rev. Lett. 81, 999 (1998).
[CrossRef]

de Bruyn, R.

R. de Bruyn, E. Bodenschatz, S. W. Morris, S. P. Trainoff, Y. Hu, D. S. Cannel, and G. Ahlers, Rev. Sci. Instrum. 67, 2043 (1996).
[CrossRef]

Di Trapani, P.

A. Dubietis, A. Couairon, E. Kucinskas, G. Tamošauskas, E. Gaižauskas, D. Faccio, and P. Di Trapani, Appl. Phys. B 84, 439 (2006).
[CrossRef]

Dubietis, A.

A. Dubietis, A. Couairon, E. Kucinskas, G. Tamošauskas, E. Gaižauskas, D. Faccio, and P. Di Trapani, Appl. Phys. B 84, 439 (2006).
[CrossRef]

Eliezer, S.

S. Eliezer, The Interaction of High-Power Lasers with Plasmas (Institute of Physics, 2002), Chap. 5.
[CrossRef]

Faccio, D.

A. Dubietis, A. Couairon, E. Kucinskas, G. Tamošauskas, E. Gaižauskas, D. Faccio, and P. Di Trapani, Appl. Phys. B 84, 439 (2006).
[CrossRef]

Favre, M.

I. H. Mitchell, R. Aliaga-Rossel, R. Saavedra, H. Chuaqui, M. Favre, and E. S. Wyndham, Phys. Plasmas 7, 5140 (2000).
[CrossRef]

Gaižauskas, E.

A. Dubietis, A. Couairon, E. Kucinskas, G. Tamošauskas, E. Gaižauskas, D. Faccio, and P. Di Trapani, Appl. Phys. B 84, 439 (2006).
[CrossRef]

Ghiglia, D. C.

Giulietti, A.

M. Borghesi, A. Giulietti, D. Giulietti, L. A. Gizzi, A. Macchi, and O. Willi, Phys. Rev. E 54, 6769 (1996).
[CrossRef]

Giulietti, D.

M. Borghesi, A. Giulietti, D. Giulietti, L. A. Gizzi, A. Macchi, and O. Willi, Phys. Rev. E 54, 6769 (1996).
[CrossRef]

Gizzi, L. A.

M. Borghesi, A. Giulietti, D. Giulietti, L. A. Gizzi, A. Macchi, and O. Willi, Phys. Rev. E 54, 6769 (1996).
[CrossRef]

Gong, Q.

Haines, M. G.

M. Tatarakis, J. R. Davies, P. Lee, R. A. Norreys, N. G. Kassapakis, F. Beg, A. R. Bell, M. G. Haines, and A. E. Dangor, Phys. Rev. Lett. 81, 999 (1998).
[CrossRef]

Hipp, M.

M. Hipp, J. Woisetschläger, P. Reiterer, and T. Neger, Measurement 36, 53 (2004).
[CrossRef]

Hu, Y.

R. de Bruyn, E. Bodenschatz, S. W. Morris, S. P. Trainoff, Y. Hu, D. S. Cannel, and G. Ahlers, Rev. Sci. Instrum. 67, 2043 (1996).
[CrossRef]

Jiang, H.

Kassapakis, N. G.

M. Tatarakis, J. R. Davies, P. Lee, R. A. Norreys, N. G. Kassapakis, F. Beg, A. R. Bell, M. G. Haines, and A. E. Dangor, Phys. Rev. Lett. 81, 999 (1998).
[CrossRef]

Koyama, K.

Y. Matsumoto, K. Koyama, M. Tanimoto, and M. Sugiura, J. Appl. Phys. 52, 3259 (1981).
[CrossRef]

Kucinskas, E.

A. Dubietis, A. Couairon, E. Kucinskas, G. Tamošauskas, E. Gaižauskas, D. Faccio, and P. Di Trapani, Appl. Phys. B 84, 439 (2006).
[CrossRef]

Lee, P.

M. Tatarakis, J. R. Davies, P. Lee, R. A. Norreys, N. G. Kassapakis, F. Beg, A. R. Bell, M. G. Haines, and A. E. Dangor, Phys. Rev. Lett. 81, 999 (1998).
[CrossRef]

Liu, Y.

Macchi, A.

M. Borghesi, A. Giulietti, D. Giulietti, L. A. Gizzi, A. Macchi, and O. Willi, Phys. Rev. E 54, 6769 (1996).
[CrossRef]

Mao, S. S.

X. Mao, S. S. Mao, and R. E. Russo, Appl. Phys. Lett. 82, 697 (2003).
[CrossRef]

Mao, X.

X. Mao, S. S. Mao, and R. E. Russo, Appl. Phys. Lett. 82, 697 (2003).
[CrossRef]

Marcuse, D.

Matsumoto, Y.

Y. Matsumoto, K. Koyama, M. Tanimoto, and M. Sugiura, J. Appl. Phys. 52, 3259 (1981).
[CrossRef]

Merzkirch, W.

W. Merzkirch, Flow Visualization (Academic, 1987), pp. 123-134.

Mitchell, I. H.

I. H. Mitchell, R. Aliaga-Rossel, R. Saavedra, H. Chuaqui, M. Favre, and E. S. Wyndham, Phys. Plasmas 7, 5140 (2000).
[CrossRef]

Morris, S. W.

R. de Bruyn, E. Bodenschatz, S. W. Morris, S. P. Trainoff, Y. Hu, D. S. Cannel, and G. Ahlers, Rev. Sci. Instrum. 67, 2043 (1996).
[CrossRef]

Neger, T.

M. Hipp, J. Woisetschläger, P. Reiterer, and T. Neger, Measurement 36, 53 (2004).
[CrossRef]

Norreys, R. A.

M. Tatarakis, J. R. Davies, P. Lee, R. A. Norreys, N. G. Kassapakis, F. Beg, A. R. Bell, M. G. Haines, and A. E. Dangor, Phys. Rev. Lett. 81, 999 (1998).
[CrossRef]

Reiterer, P.

M. Hipp, J. Woisetschläger, P. Reiterer, and T. Neger, Measurement 36, 53 (2004).
[CrossRef]

Romero, L. A.

Russo, R. E.

X. Mao, S. S. Mao, and R. E. Russo, Appl. Phys. Lett. 82, 697 (2003).
[CrossRef]

Saavedra, R.

I. H. Mitchell, R. Aliaga-Rossel, R. Saavedra, H. Chuaqui, M. Favre, and E. S. Wyndham, Phys. Plasmas 7, 5140 (2000).
[CrossRef]

Sugiura, M.

Y. Matsumoto, K. Koyama, M. Tanimoto, and M. Sugiura, J. Appl. Phys. 52, 3259 (1981).
[CrossRef]

Sun, Q.

Tamošauskas, G.

A. Dubietis, A. Couairon, E. Kucinskas, G. Tamošauskas, E. Gaižauskas, D. Faccio, and P. Di Trapani, Appl. Phys. B 84, 439 (2006).
[CrossRef]

Tanimoto, M.

Y. Matsumoto, K. Koyama, M. Tanimoto, and M. Sugiura, J. Appl. Phys. 52, 3259 (1981).
[CrossRef]

Tatarakis, M.

M. Tatarakis, J. R. Davies, P. Lee, R. A. Norreys, N. G. Kassapakis, F. Beg, A. R. Bell, M. G. Haines, and A. E. Dangor, Phys. Rev. Lett. 81, 999 (1998).
[CrossRef]

Trainoff, S. P.

S. P. Trainoff and D. S. Cannell, Phys. Fluids 14, 1340 (2002).
[CrossRef]

R. de Bruyn, E. Bodenschatz, S. W. Morris, S. P. Trainoff, Y. Hu, D. S. Cannel, and G. Ahlers, Rev. Sci. Instrum. 67, 2043 (1996).
[CrossRef]

Vest, C. M.

Willi, O.

M. Borghesi, A. Giulietti, D. Giulietti, L. A. Gizzi, A. Macchi, and O. Willi, Phys. Rev. E 54, 6769 (1996).
[CrossRef]

Woisetschläger, J.

M. Hipp, J. Woisetschläger, P. Reiterer, and T. Neger, Measurement 36, 53 (2004).
[CrossRef]

Wu, Z.

Wyndham, E. S.

I. H. Mitchell, R. Aliaga-Rossel, R. Saavedra, H. Chuaqui, M. Favre, and E. S. Wyndham, Phys. Plasmas 7, 5140 (2000).
[CrossRef]

Yang, H.

Appl. Opt. (1)

Appl. Phys. B (1)

A. Dubietis, A. Couairon, E. Kucinskas, G. Tamošauskas, E. Gaižauskas, D. Faccio, and P. Di Trapani, Appl. Phys. B 84, 439 (2006).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (1)

X. Mao, S. S. Mao, and R. E. Russo, Appl. Phys. Lett. 82, 697 (2003).
[CrossRef]

J. Appl. Phys. (1)

Y. Matsumoto, K. Koyama, M. Tanimoto, and M. Sugiura, J. Appl. Phys. 52, 3259 (1981).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. (1)

J. Opt. Soc. Am. A (1)

Measurement (1)

M. Hipp, J. Woisetschläger, P. Reiterer, and T. Neger, Measurement 36, 53 (2004).
[CrossRef]

Opt. Lett. (1)

Phys. Fluids (1)

S. P. Trainoff and D. S. Cannell, Phys. Fluids 14, 1340 (2002).
[CrossRef]

Phys. Plasmas (1)

I. H. Mitchell, R. Aliaga-Rossel, R. Saavedra, H. Chuaqui, M. Favre, and E. S. Wyndham, Phys. Plasmas 7, 5140 (2000).
[CrossRef]

Phys. Rev. E (1)

M. Borghesi, A. Giulietti, D. Giulietti, L. A. Gizzi, A. Macchi, and O. Willi, Phys. Rev. E 54, 6769 (1996).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (1)

M. Tatarakis, J. R. Davies, P. Lee, R. A. Norreys, N. G. Kassapakis, F. Beg, A. R. Bell, M. G. Haines, and A. E. Dangor, Phys. Rev. Lett. 81, 999 (1998).
[CrossRef]

Rev. Sci. Instrum. (1)

R. de Bruyn, E. Bodenschatz, S. W. Morris, S. P. Trainoff, Y. Hu, D. S. Cannel, and G. Ahlers, Rev. Sci. Instrum. 67, 2043 (1996).
[CrossRef]

Other (2)

W. Merzkirch, Flow Visualization (Academic, 1987), pp. 123-134.

S. Eliezer, The Interaction of High-Power Lasers with Plasmas (Institute of Physics, 2002), Chap. 5.
[CrossRef]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (3)

Fig. 1
Fig. 1

Sketch of the experimental setup.

Fig. 2
Fig. 2

(a) Shadowgram of a chain of expanding plasma bubbles excited by a focused laser pulse in air ( τ 0 = 150 ps , λ = 1064 nm , E = 10 mJ ). Time delay of the probe pulse ( τ 0 = 110 ps , λ = 532 nm ): + 2.0 ns . Image taken at L = 1.5 mm from the object plane. (b) and (c) Retrieved phase maps resulting from the shadowgraphic method and from the interferometric setup, respectively. The double image in the interferometric map is a peculiarity of the modified Nomarski interferometer we used. The numbers refer to the bubbles displayed in Fig. 3.

Fig. 3
Fig. 3

Quantitative comparison of the shadowgraphic and interferometric method. (a)–(c) Phase profiles along the vertical direction of bubbles 1, 2, and 3 of Fig. 2, respectively. (d)–(f) Retrieved electron density profiles of the same bubbles.

Equations (1)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

( 2 x 2 + 2 y 2 ) 0 Δ z n ( x , y , z ) d z = 1 L I ( x , y ) I 0 I 0 ,

Metrics