In direct laser acceleration, the spatial distribution of electrons will become bunched periodically. This bunching has been regarded to be caused by forced oscillations driven by the laser field. In this paper we report on the generation of electron bunching in a picosecond laser driven plasma channel. In our case, the bunched electrons are caused by betatron resonance, not forced oscillations. Due to the resonance, electrons are kept in phase with the laser field, which leads to similar trajectories in the laser field for the most energetic electrons. Furthermore, these electrons will cross the laser axis with an equal slope induced by the equal electron transverse velocity in the direct laser acceleration regime, which also aids the formation of the bunched electrons. We find that a quasi-static longitudinal electric field exists in the second half of the plasma channel, which provides a pre-acceleration process for the electron before the resonance condition is matched. The electron transverse velocity decreases dramatically during the pre-acceleration process and the decrease of electron transverse velocity is the key point to match the resonance condition.
直接レーザー加速において、電子の空間分布は周期的にバンチングを形成する。このバンチングは、レーザー場によって駆動される強制振動に起因すると考えられてきた。本論文では、ピコ秒レーザー駆動プラズマチャネルにおける電子バンチングの生成について報告する。我々の場合、バンチングした電子は強制振動ではなくベータトロン共鳴によって引き起こされる。この共鳴により、電子はレーザー場と位相が一致した状態に保たれ、その結果、最も高エネルギーの電子はレーザー場内で類似した軌道をたどる。さらに、直接レーザー加速領域において、これらの電子は等しい横方向速度によって誘起される等しい傾きでレーザー軸を横切るため、電子バンチングの形成が促進される。我々は、プラズマチャネルの後半部分に準静的な縦方向電場が存在することを見出した。この電場は、共鳴条件が満たされる前に電子に対して予備加速過程を提供する。予備加速過程の間に電子の横方向速度は劇的に減少し、この横方向速度の減少が共鳴条件を満たすための鍵となる。