Radiation damping effects on the interaction of ultraintense laser pulses with an overdense plasma

遮断密度を超えるプラズマと超高強度レーザーの相互作用における放射減衰の影響

Zhidkov, A. J.*; Koga, J. K.; 佐々木 明; 上坂 充*

Zhidkov, A. J.*; Koga, J. K.; Sasaki, Akira; Uesaka, Mitsuru*

イオン化を含む相対論的粒子シミュレーションにより、遮断密度を超えるプラズマスラブと超高強度レーザーでの相互作用における放射減衰の強い影響を見出し、解析した。ラジアンスWm/cmとパルス幅20fsのレーザー放射によって生成された高速電子では、そのエネルギーの35%以上が放射に変換され得ることがわかった。放出されるX線はインコヒーレントで、レーザーのパルス幅の間のみ放出され、高強度になり得ること、レーザー強度に対して変換効率は非線形的に増加することを示す。サイクロトロン放射と同様に、超高強度レーザーで生成されたプラズマにおける相対論的電子の最高エネルギーは、放射減衰によって制限されると考えられる。

A strong effect of radiation damping on the interaction of an ultra-intense laser pulse with an overdense plasma slab is found and studied via a relativistic particle-in-cell simulation including ionization. Hot electrons generated by the irradiation of a laser pulse with a radiance of Wm/cm and duration of 20 fs can convert more than 35% of the laser energy to radiation. This incoherent X-ray emission lasts for only the pulse duration and can be intense. The radiation efficiency is shown to increase nonlinearly with laser intensity. Similar to cyclotron radiation, the radiation damping may restrain the maximal energy of relativistic electrons in ultra-intense-laser-produced plasmas.