Demonstration of laser-frequency upshift by electron-density modulations in a plasma wakefield

プラズマ航跡場中の電子密度変調によるレーザー周波数上昇の実証

神門 正城; 福田 祐仁; Pirozhkov, A. S.; Ma, J.-L.; 大東 出; Chen, L.-M.; Esirkepov, T. Z.; 小倉 浩一; 本間 隆之; 林 由紀雄; 小瀧 秀行; 匂坂 明人; 森 道昭; Koga, J. K.; 大道 博行; Bulanov, S. V.; 木村 豊秋; 加藤 義章 ; 田島 俊樹

Kando, Masaki; Fukuda, Yuji; Pirozhkov, A. S.; Ma, J.-L.; Daito, Izuru; Chen, L.-M.; Esirkepov, T. Z.; Ogura, Koichi; Homma, Takayuki; Hayashi, Yukio; Kotaki, Hideyuki; Sagisaka, Akito; Mori, Michiaki; Koga, J. K.; Daido, Hiroyuki; Bulanov, S. V.; Kimura, Toyoaki; Kato, Yoshiaki; Tajima, Toshiki

高出力レーザーによって励起されるプラズマ航跡場の中では、パラボラ形状をした密な構造を持つ電子密度変調が生成され、ほぼ光速で伝播する。この構造に、反対からレーザーパルスを入射すると、一部が反射される。この構造が、あたかも相対論的な飛翔鏡のように作用し、反射されるレーザー光は、時間的に圧縮され、二重ドップラー効果により周波数が上昇する。実験では、この周波数向上(50から100倍)が観測された。

In a plasma wake wave generated by a high power laser, modulations of the electron density take the shape of paraboloidal dense shells, moving almost at the speed of light. A counter-propagating laser pulse is partially reflected from the shells, acting as relativistic flying mirrors, producing a time-compressed frequency-multiplied pulse due to the double Doppler effect. The counter-propagating laser pulse reflection from the plasma wake wave accompanied by its frequency multiplication (with a factor from 50 to 100) was detected in our experiment.