We experimentally investigated the generation of high-energy electron beams from laser-driven wakefield acceleration in argon gas jets by using tens of terawatt 30 fs ultrafast laser pulses that were focused to a relatively large-spot size, unmatched with the laser–plasma parameters. In this interaction, and depending on the Ar gas jet density, we could distinguish two different regimes for electron acceleration in the argon medium. In the high-density argon gas jet where argon clusters are formed, upon interaction with the laser electron beams having as high a charge as 3nC are generated. However, the energy spectra of those electron beams were continuous. On the other hand, high-quality quasi-mono-energetic electron beams with a modest charge of tens of pC are observed at much lower argon gas jet densities. The generation of such a high-quality electron beam is attributed to the ionization injection mechanism in which the electron injection takes place over only a few hundred micrometers of the laser–plasma interaction length, leading to the generation of high-quality electron beams.
我々は、数十テラワットの30フェムト秒超短パルスレーザーを、レーザー・プラズマパラメータと整合しない比較的大きなスポットサイズに集光し、アルゴンガスジェットを用いたレーザー駆動ウェイクフィールド加速による高エネルギー電子ビームの生成を実験的に調査した。この相互作用において、Arガスジェット密度に依存して、アルゴン媒質中の電子加速について2つの異なる領域を区別することができた。アルゴンクラスターが形成される高密度アルゴンガスジェットでは、レーザーとの相互作用により、3nCもの高い電荷を有する電子ビームが生成される。しかしながら、それらの電子ビームのエネルギースペクトルは連続的であった。一方、はるかに低いアルゴンガスジェット密度では、数十pCの適度な電荷を有する高品質の準単色電子ビームが観測される。このような高品質の電子ビームの生成は、イオン化入射メカニズムに起因する。このメカニズムでは、電子の入射がレーザー・プラズマ相互作用長のわずか数百マイクロメートルにわたって行われ、高品質の電子ビームの生成につながる。