Minimum condition of target gas material at an ionization-stage control scheme in a laser-plasma electron acceleration

レーザープラズマ電子加速のためのイオン化ステージ制御法でのガス種最適化

森 道昭; 神門 正城; 小瀧 秀行; 林 由紀雄; 桐山 博光; 岡田 大; Pirozhkov, A. S.; Bulanov, S. V.; 近藤 公伯; Bolton, P.

Mori, Michiaki; Kando, Masaki; Kotaki, Hideyuki; Hayashi, Yukio; Kiriyama, Hiromitsu; Okada, Hajime; Pirozhkov, A. S.; Bulanov, S. V.; Kondo, Kiminori; Bolton, P.

レーザープラズマ電子加速のイオン化ステージ制御法における電子線発生において適切、もしくは不適切なガスターゲットについて報告する。4TW・40fsのピーク出力及びパルス幅のレーザーをビームは、910W/cmの強度でターゲットに照射した。実験では、ネオンとアルゴンを用いてこの電子線生成の調査を行った。アルゴンターゲットにおいて、高エネルギー電子線は510cmの中性ガス密度の閾値で観測した。一方、ネオンでは中性ガス密度を510cmから510cmまでスキャンしたものの、顕著な高エネルギー電子(1MeV, 1pC)は観測されなかった。この結果を考察するために光プローブを用いて励起レーザーの挙動を調査した。その結果、特にアルゴンターゲットで観察した強力なレーザー・チャンネルの構造が、ネオンにおいて生じていないことを確認した。さらに、光線追跡計算から、イオン化のスロープ部分での屈折効果によって相対論的自己収束が妨げられていることがわかった。

We report on the appropriate and inappropriate gas materials to generate energetic electrons. The 4-TW peak power and 40-fs pulse duration laser beam illuminated the gas-jet target with intensity of 910W/cm measured in vacuum. We investigated energetic electron beam generation using neon and argon. Energetic electron beam was observed in argon at the lowest neutral gas density of 510cm. However, no energetic electrons ( 1 MeV, 1 pC) were observed in neon although neutral gas density is increased from510cm to 510cm. By considering ionization stage at such an intensity, the maximum plasma density is reached to be a quarter critical plasma density, at which the maximum growth-rate of laser-plasma instability is expected. On the other hand, propagation of the pumping laser was observed in neon and argon by using optical probing. Significantly different images were observed. The structure of the laser channel for energetic electron beam generation that observed in argon was absent in neon. These results imply that the additional increase of the plasma density due to ionization cannot explain the electron generation. The analysis including the propagation of a laser in ionizing gas would be necessary.