Study of ultra-high gradient wakefield excitation by intense ultrashort laser pulses in plasma

高強度超短パルスレーザーによる、プラズマ中のウェーク場励起に関する研究

小瀧 秀行

Kotaki, Hideyuki

レーザープラズマ相互作用の非線形現象、高強度レーザーによるウェーク場励起及び高ピーク電流電子発生について調べた。自己集束をともなってのガスのイオン化によって、広い連続波長のブルーシフトが起こる。この通常ブルーシフトは、レーザー強度,プラズマ密度に依存する。しかし、レーザーのスペクトルが、レーザー強度やプラズマ密度に無関係に一定の波長にシフトする現象を発見した。この現象をわれわれは「異常ブルーシフト」と呼んだ。高強度レーザーはプラズマ中にウェーク場を励起する。2TW,50fsのレーザーにより励起したガスジェットプラズマ中のウェーク場の時間分解周波数干渉測定を行い、この測定に世界で初めて成功し、20GeV/mという高エネルギー加速のための高いウェーク場を測定できた。周波数干渉計によるポンプ-プローブシステムと異常ブルーシフトは、高エネルギー電子ビームのインジェクターとしてのオプティカルインジェクションに成り得る。1次元の粒子シミュレーションにより、高品質電子ビーム加速の結果を得、これによりレーザーウェーク場による、高品質高エネルギー電子加速の可能性を示すことができた。

We investigate a nonlinear phenomena in laser-plasma interaction, a wakefield excited by intense laser pulses, and a possibility of generating an electron beam by an intense laser pulse. Ionization of gas with a self-focusing causes a broad continuous spectrum with blueshift. The normal blueshift depends on the laser intensity and the plasma density. We have found the spectrum shifts to fixed wavelength independent of the laser power and gas pressure. We call the phenomenon "anomalous blueshift". An intense laser pulse excites a wakefield in plasma. The wakefield excited by 2TW, 50fs laser pulses in a gas-jet plasma is measured with a time-resolved frequency domain interferometer (FDI). This is the first time-resolved measurement of the wakefield of 20GeV/m in a gas-jet plasma. The FDI and the anomalous blueshift will be modified to an optical injection system as an electron beam injector. In a simulation we obtain a high quality intense electron beam. The result illuminates the possibility of a high energy and a high quality electron beam acceleration.