Brillouin amplification in plasma is more resilient to fluctuations in the laser and plasma parameters than Raman amplification, making it an attractive alternative to Raman amplification. In this work, we focus on high plasma densities, , where stimulated Raman scattering is not possible and laser beam filamentation is the dominant competing process. Through analytic theory and multi-dimensional particle-in-cell simulations, we identify a parameter regime for which Brillouin amplification can be efficient while maintaining filamentation of the probe at a controlled level. We demonstrate pump-to-probe compression ratios of up to 72 and peak amplified probe fluences over 1 kJ cm−2 with efficiency. High pulse quality is maintained through control of parasitic filamentation, enabling operation at large beam diameters. Provided the pump and probe pulse diameters can be increased to mm, our results suggest that Brillouin amplification can be used to produce sub-picosecond pulses of petawatt power.
プラズマ中のブリルアン増幅は、レーザーおよびプラズマパラメータの変動に対してラマン増幅よりも頑健であり、ラマン増幅に代わる魅力的な手法である。本研究では、誘導ラマン散乱が不可能であり、レーザービームのフィラメント化が支配的な競合過程となる高プラズマ密度に焦点を当てる。解析理論と多次元粒子インセルシミュレーションを通じて、プローブのフィラメント化を制御されたレベルに維持しつつ、ブリルアン増幅が効率的であり得るパラメータ領域を特定する。我々は、最大72倍のポンプからプローブへの圧縮比と、1 kJ cm⁻²を超えるピーク増幅プローブフルエンスを、効率 で実証する。寄生フィラメント化の制御を通じて高パルス品質が維持され、大口径ビームでの動作が可能となる。ポンプおよびプローブのビーム径を mm に拡大できれば、我々の結果は、ブリルアン増幅を用いてペタワット級のサブピコ秒パルスを生成できることを示唆している。