We describe how active feedback routines can be applied at a limited repetition rate (5 Hz) to optimize high-power (>10TW) laser interactions with clustered gases. Optimization of x-ray production from an argon cluster jet, using a genetic algorithm, approximately doubled the measured energy through temporal modification of the 150 mJ driving laser pulse. This approach achieved an increased radiation yield through exploration of a multi-dimensional parameter space, without requiring detailed a priori knowledge of the complex cluster dynamics. The optimized laser pulses exhibited a slow rising edge to the intensity profile, which enhanced the laser energy coupling into the cluster medium, compared to the optimally compressed FWHM pulse (40 fs). Our work suggests that this technique can be more widely utilized for control of intense pulsed secondary radiation from petawatt-class laser systems.

1.
K.
Nakamura
,
H. S.
Mao
,
A. J.
Gonsalves
,
H.
Vincenti
,
D. E.
Mittelberger
,
J.
Daniels
,
A.
Magana
,
C.
Toth
, and
W. P.
Leemans
,
IEEE J. Quantum Electron.
53
,
1
(
2017
).
2.
B.
Rus
,
P.
Bakule
,
D.
Kramer
,
J.
Naylon
,
J.
Thoma
,
J. T.
Green
,
R.
Antipenkov
,
M.
Fibrich
,
J.
Novák
,
F.
Batysta
,
T.
Mazanec
,
M. A.
Drouin
,
K.
Kasl
,
R.
Baše
,
D.
Peceli
,
L.
Koubíková
,
P.
Trojek
,
R.
Boge
,
J. C.
Lagron
,
Š.
Vyhlídka
,
J.
Weiss
,
J.
Cupal
,
J.
Hřebíček
,
P.
Hříbek
,
M.
Durák
,
J.
Polan
,
M.
Košelja
,
G.
Korn
,
M.
Horáček
,
J.
Horáček
,
B.
Himmel
,
T.
Havlíček
,
A.
Honsa
,
P.
Korouš
,
M.
Laub
,
C.
Haefner
,
A.
Bayramian
,
T.
Spinka
,
C.
Marshall
,
G.
Johnson
,
S.
Telford
,
J.
Horner
,
B.
Deri
,
T.
Metzger
,
M.
Schultze
,
P.
Mason
,
K.
Ertel
,
A.
Lintern
,
J.
Greenhalgh
,
C.
Edwards
,
C.
Hernandez-Gomez
,
J.
Collier
,
T.
Ditmire
,
E.
Gaul
,
M.
Martinez
,
C.
Frederickson
,
D.
Hammond
,
C.
Malato
,
W.
White
, and
J.
Houžvička
,
Proc. SPIE
9515
,
95150F
(
2015
).
3.
W. S.
Warren
,
H.
Rabitz
, and
M.
Dahleh
,
Science (New York, N.Y.)
259
,
1581
(
1993
).
4.
R.
Bartels
,
S.
Backus
,
E.
Zeek
,
L.
Misoguti
,
G.
Vdovin
,
I. P.
Christov
,
M. M.
Murnane
, and
H. C.
Kapteyn
,
Nature
406
,
164
(
2000
).
5.
D.
Yoshitomi
,
J.
Nees
,
N.
Miyamoto
,
T.
Sekikawa
,
T.
Kanai
,
G.
Mourou
, and
S.
Watanabe
,
Appl. Phys. B
78
,
275
(
2004
).
6.
S.
Zamith
,
T.
Martchenko
,
Y.
Ni
,
S. A.
Aseyev
,
H. G.
Muller
, and
M. J. J.
Vrakking
,
Phys. Rev. A
70
,
011201
(
2004
).
7.
A. S.
Moore
,
K. J.
Mendham
,
D. R.
Symes
,
J. S.
Robinson
,
E.
Springate
,
M. B.
Mason
,
R. A.
Smith
,
J. W. G.
Tisch
, and
J. P.
Marangos
,
Appl. Phys. B
80
,
101
(
2005
).
8.
N. X.
Truong
,
S.
Göde
,
J.
Tiggesbäumker
, and
K.-H.
Meiwes-Broer
,
J. Phys. B: At., Mol. Opt. Phys.
44
,
225601
(
2011
).
9.
Z.-H.
He
,
B.
Hou
,
V.
Lebailly
,
J. A.
Nees
,
K.
Krushelnick
, and
A. G. R.
Thomas
,
Nat. Commun.
6
,
7156
(
2015
).
10.
C.
Liu
,
J.
Zhang
,
S.
Chen
,
G.
Golovin
,
S.
Banerjee
,
B.
Zhao
,
N.
Powers
,
I.
Ghebregziabher
, and
D.
Umstadter
,
Opt. Lett.
39
,
80
(
2014
).
11.
H. T.
Kim
,
V. B.
Pathak
,
K. H.
Pae
,
A.
Lifschitz
,
F.
Sylla
,
J. H.
Shin
,
C.
Hojbota
,
S. K.
Lee
,
J. H.
Sung
,
H. W.
Lee
,
E.
Guillaume
,
C.
Thaury
,
K.
Nakajima
,
J.
Vieira
,
L. O.
Silva
,
V.
Malka
, and
C. H.
Nam
,
Sci. Rep.
7
,
10203
(
2017
).
12.
R. C.
Issac
,
G.
Vieux
,
B.
Ersfeld
,
E.
Brunetti
,
S. P.
Jamison
,
J.
Gallacher
,
D.
Clark
, and
D. A.
Jaroszynski
,
Phys. Plasmas
11
,
3491
(
2004
).
13.
Y.
Hayashi
,
A. S.
Pirozhkov
,
M.
Kando
,
Y.
Fukuda
,
A.
Faenov
,
K.
Kawase
,
T.
Pikuz
,
T.
Nakamura
,
H.
Kiriyama
,
H.
Okada
, and
S. V.
Bulanov
,
Opt. Lett.
36
,
1614
(
2011
).
14.
C. G. R.
Geddes
,
S.
Rykovanov
,
N. H.
Matlis
,
S.
Steinke
,
J.-L.
Vay
,
E. H.
Esarey
,
B.
Ludewigt
,
K.
Nakamura
,
B. J.
Quiter
,
C. B.
Schroeder
,
C.
Toth
, and
W. P.
Leemans
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B
350
,
116
(
2015
).
15.
S.
Corde
,
K.
Ta Phuoc
,
G.
Lambert
,
R.
Fitour
,
V.
Malka
,
A.
Rousse
,
A.
Beck
, and
E.
Lefebvre
,
Rev. Mod. Phys.
85
,
1
(
2013
).
16.
F.
Albert
and
A. G. R.
Thomas
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
58
,
103001
(
2016
).
17.
T.
Fennel
,
K.-H.
Meiwes-Broer
,
J.
Tiggesbäumker
,
P.-G.
Reinhard
,
P. M.
Dinh
, and
E.
Suraud
,
Rev. Mod. Phys.
82
,
1793
(
2010
).
18.
Y. L.
Shao
,
T.
Ditmire
,
J. W. G.
Tisch
,
E.
Springate
,
J. P.
Marangos
, and
M. H. R.
Hutchinson
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3343
(
1996
).
19.
F.
Dorchies
,
F.
Blasco
,
C.
Bonté
,
T.
Caillaud
,
C.
Fourment
, and
O.
Peyrusse
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
205002
(
2008
).
20.
L. M.
Chen
,
F.
Liu
,
W. M.
Wang
,
M.
Kando
,
J. Y.
Mao
,
L.
Zhang
,
J. L.
Ma
,
Y. T.
Li
,
S. V.
Bulanov
,
T.
Tajima
,
Y.
Kato
,
Z. M.
Sheng
,
Z. Y.
Wei
, and
J.
Zhang
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
215004
(
2010
).
21.
T.
Ditmire
,
T.
Donnelly
,
R. W.
Falcone
, and
M. D.
Perry
,
Phys. Rev. Lett.
75
,
3122
(
1995
).
22.
C.
Jungreuthmayer
,
M.
Geissler
,
J.
Zanghellini
, and
T.
Brabec
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
133401
(
2004
).
23.
Y.
Fukuda
,
Y.
Kishimoto
,
T.
Masaki
, and
K.
Yamakawa
,
Phys. Rev. A
73
,
031201
(
2006
).
24.
T.
Ditmire
,
T.
Donnelly
,
A. M.
Rubenchik
,
R. W.
Falcone
, and
M. D.
Perry
,
Phys. Rev. A
53
,
3379
(
1996
).
25.
H. M.
Milchberg
,
S. J.
McNaught
, and
E.
Parra
,
Phys. Rev. E
64
,
056402
(
2001
).
26.
T.
Taguchi
,
T. M.
Antonsen
, and
H. M.
Milchberg
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
205003
(
2004
).
27.
B. N.
Breizman
,
A. V.
Arefiev
, and
M. V.
Fomytskyi
,
Phys. Plasmas
12
,
056706
(
2005
).
28.
P.
Mulser
,
M.
Kanapathipillai
, and
D. H. H.
Hoffmann
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
103401
(
2005
).
29.
M.
Kundu
and
D.
Bauer
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
123401
(
2006
).
30.
L. M.
Chen
,
J. J.
Park
,
K. H.
Hong
,
I. W.
Choi
,
J. L.
Kim
,
J.
Zhang
, and
C. H.
Nam
,
Phys. Plasmas
9
,
3595
3599
(
2002
).
31.
C. J.
Hooker
,
J. L.
Collier
,
O.
Chekhlov
,
R.
Clarke
,
E.
Divall
,
K.
Ertel
,
B.
Fell
,
P.
Foster
,
S.
Hancock
,
A.
Langley
,
D.
Neely
,
J.
Smith
, and
B.
Wyborn
,
J. Phys. IV France
133
,
673
(
2006
).
32.
R. A.
Smith
,
T.
Ditmire
, and
J. W. G.
Tisch
,
Rev. Sci. Instrum.
69
,
3798
3804
(
1998
).
33.
S. S.
Mahalik
and
M.
Kundu
,
Phys. Plasmas
23
,
123302
(
2016
).
You do not currently have access to this content.