The generation of relativistic electron beams with quasi-thermal energy distribution (maximum energy: 30 MeV) by the interaction of a Ti:sapphire laser pulse of 200 fs duration, focussed to an intensity of ∼2.1 × 1018 W cm−2, with an underdense (electron density ∼3.6 × 1019 to ∼1.1 × 1020 cm−3) He gas-jet plasma was observed. We observed two stages of self-focusing of the laser pulse in the plasma. Two groups of accelerated electrons associated with these two stages of laser channeling were also observed, and are attributed to the betatron resonance acceleration mechanism. This is supported by 2D PIC simulations performed using the EPOCH code and a detailed theoretical analysis. Further, the generation of quasi-monoenergetic (ΔE/E ∼ 10%–20%) electron beams with a peak energy of ∼17–22 MeV was also observed, even with such long laser pulses, although with a low probability of occurrence.
パルス持続時間200 fs、集光強度∼2.1 × 10¹⁸ W cm⁻²のTi:サファイアレーザーパルスと、電子密度∼3.6 × 10¹⁹〜∼1.1 × 10²⁰ cm⁻³の低密度Heガスジェットプラズマとの相互作用による、準熱分布（最大エネルギー：30 MeV）を有する相対論的電子ビームの生成が観測された。プラズマ中におけるレーザーパルスの自己集束には2段階があることが観測された。また、この2段階のレーザーチャネリングに伴う2群の加速電子が観測され、これらはベータトロン共鳴加速機構に帰属される。このことは、EPOCHコードを用いた2次元PICシミュレーションと詳細な理論解析によって裏付けられている。さらに、このような長いレーザーパルスであっても、ピークエネルギーが∼17〜22 MeVの準単色（ΔE/E ∼ 10%–20%）電子ビームの生成が、発生確率は低いものの観測された。