Combining a chirped laser pulse with a chromatic lens yields a flying focus—a laser focus that moves dynamically in time. This provides control over the propagation of the peak laser intensity within an extended focal region that can be many times larger than the system's Rayleigh length. Any velocity is achievable, including backward relative to the laser propagation direction. Previous simulation results have shown that a laser beam with a flying focus can create a counter-propagating ionization wave and subsequently pump a frequency-downshifted laser via the stimulated Raman scattering instability. Compared to a conventional Raman amplification scheme, several advantages were highlighted, including improved temperature control, plasma uniformity, and precursor growth mitigation. Here, we extend those results to demonstrate additional benefits: (1) the flying focus makes it possible for an unseeded Raman amplifier to produce a short, high-intensity beam; and (2) the flying focus minimizes collisional absorption of the pump, facilitating amplifier operation at higher plasma densities. Preliminary experiments have laid the groundwork for a high-performance plasma-based laser amplifier. The focal spot dynamics were initially confirmed at low intensity. It was subsequently demonstrated that ionization waves of arbitrary velocity can be produced at higher intensity. Here, we show a counter-propagating ionization front moving at approximately the speed of light—the optimal result for a Raman amplifier.
チャープしたレーザーパルスと色収差レンズを組み合わせることで、フライングフォーカス、すなわち時間的に移動するレーザーフォーカスが得られる。これにより、システムのレイリー長よりも数倍大きくなり得る拡張焦点領域内でのピークレーザー強度の伝播を制御することができる。レーザー伝播方向に対して後方を含む任意の速度が達成可能である。これまでのシミュレーション結果により、フライングフォーカスを有するレーザービームは、対向伝播する電離波を生成し、その後、誘導ラマン散乱不安定性を介して周波数ダウンシフトしたレーザーを増幅できることが示されている。従来のラマン増幅方式と比較して、温度制御の向上、プラズマ均一性の改善、プリカーサー成長の抑制など、いくつかの利点が強調されてきた。本稿では、これらの結果を拡張して追加の利点を実証する：（1）フライングフォーカスにより、シードなしのラマン増幅器が短パルス・高強度ビームを生成することが可能になること、（2）フライングフォーカスがポンプの衝突吸収を最小化し、より高いプラズマ密度での増幅器動作を促進すること。予備実験により、高性能プラズマベースレーザー増幅器の基盤が築かれている。焦点スポットのダイナミクスは低強度で最初に確認された。その後、任意の速度を持つ電離波が高強度で生成可能であることが実証された。本稿では、光速にほぼ等しい速度で移動する対向伝播電離フロントを示す——これはラマン増幅器にとって最適な結果である。