Novel mechanism of electron injection into acceleration regime during the high intense laser pulse interaction with clusters

高強度レーザーパルスとクラスターとの相互作用による電子加速における特異な電子注入機構

福田 祐仁; 赤羽 温; 青山 誠; 桐山 博光; 山川 考一; 森 道昭; 神門 正城; 小瀧 秀行; 益田 伸一*; Echkina, E. Yu.*; Inovenkov, I. N.*; Koga, J. K.; Bulanov, S. V.; 田島 俊樹

Fukuda, Yuji; Akahane, Yutaka; Aoyama, Makoto; Kiriyama, Hiromitsu; Yamakawa, Koichi; Mori, Michiaki; Kando, Masaki; Kotaki, Hideyuki; Masuda, Shinichi*; Echkina, E. Yu.*; Inovenkov, I. N.*; Koga, J. K.; Bulanov, S. V.; Tajima, Toshiki

相対論的強レーザー場(W/cm)とArクラスターとの相互作用により、指向性(エミッタンス=0.4mm mrad)を有する相対論電子(最大エネルギー58MeV,総電荷=2nC)の発生に成功した。30MeV以上の高エネルギー電子は、クラスターとレーザー光との相互作用によって注入され、その後、レーザー光によって直接加速され生成したものであることが、PICシミュレーションによる解析から明らかとなった。

In this study, using a cluster jet containing micron-sized Ar clusters, we present for the first time experimental results and supporting calculations of the generation of collimated relativistic electrons up to 58 MeV accelerated during the interaction of a 23-fs laser pulse at a laser intensity of W/cm. The resulting spectrum does not fit a Maxwellian distribution, but is well described by a two-temperature Maxwellian. Two dimensional particle-in-cell simulations demonstrate that the lower energy electrons are accelerated by the wake field being injected during the plasma wave breaking. The high energy electrons are injected in the laser pulse interaction with the clusters, and then they gain their energy during the direct acceleration by the laser pulse.