Experimental studies of the high and low frequency electromagnetic radiation produced from nonlinear laser-plasma interactions

非線型レーザープラズマ相互作用により形成される高・低周波数の電磁放射に関する実験的研究

神門 正城; Pirozhkov, A. S.; 福田 祐仁; Esirkepov, T. Z.; 大東 出; 川瀬 啓悟; Ma, J. L.*; Chen, L. M.*; 林 由紀雄; 森 道昭; 小倉 浩一; 小瀧 秀行; 匂坂 明人; Ragozin, E. N.*; Faenov, A. Y.; Pikuz, T.*; 桐山 博光; 岡田 大; 亀島 敬; Koga, J. K.; Belyaev, K.*; Kamenets, F. F.*; 杉山 僚; 河内 哲哉; 大道 博行; 木村 豊秋*; 加藤 義章* ; 田島 俊樹; Bulanov, S. V.

Kando, Masaki; Pirozhkov, A. S.; Fukuda, Yuji; Esirkepov, T. Z.; Daito, Izuru; Kawase, Keigo; Ma, J. L.*; Chen, L. M.*; Hayashi, Yukio; Mori, Michiaki; Ogura, Koichi; Kotaki, Hideyuki; Sagisaka, Akito; Ragozin, E. N.*; Faenov, A. Y.; Pikuz, T.*; Kiriyama, Hiromitsu; Okada, Hajime; Kameshima, Takashi; Koga, J. K.; Belyaev, K.*; Kamenets, F. F.*; Sugiyama, Akira; Kawachi, Tetsuya; Daido, Hiroyuki; Kimura, Toyoaki*; Kato, Yoshiaki*; Tajima, Toshiki; Bulanov, S. V.

高強度レーザーとプラズマの非線型な相互作用により、高エネルギーの粒子やX線からTHz領域までの光子が生成される。われわれの高周波電磁放射生成方法は、高強度超短パルスレーザーにより作られる航跡波に近赤外のレーザー光を相互作用させるものである。この飛翔鏡の原理検証実験についてレビューを行う。また、われわれの実験では同時に、低周波の電磁波生成も観測している。これはプラズマ中に生成されるソリトンからの電磁放射であると認識している。ソリトンは、不足密度プラズマ中で生成され、レーザー光のエネルギーの一部をレーザーと同一の偏光の低周波電磁波として閉じこめ、プラズマと真空の境界で電磁放射を行うものである。このソリトンからの低周波電磁波を偏光分解計測した結果を報告する。

Nonlinear interaction of intense laser beams with plasma causes a number of different regimes of generation of high energy particle beams and of strong radiation with the emitted photon energy from the X-ray to THz frequency range. The review of the first proof-of-principle experiment and the latest progress on the flying mirror is presented. A low frequency EM radiation emission has also been observed in our experiments. The interpretation invokes the relativistic electromagnetic solitons. The solitons are formed in an underdense plasma in the process of the laser pulse frequency downshift. They store a portion of EM wave energy with the polarization inherited from the laser and emit it at the plasma-vacuum interface in a form of the low frequency EM bursts. We present the results of the polarization-resolved measurements.