We present a numerical study, based on two-dimensional particle-in-cell simulations, of the synchrotron emission induced during the interaction of femtosecond laser pulses of intensities I = 1021–1023 W cm−2 with nanowire arrays. Through an extensive parametric scan on the target parameters, we identify and characterize several dominant radiation mechanisms, mainly depending on the transparency or opacity of the plasma produced by the wire expansion. At I = 1022 W m−2, the emission of high-energy (>10 keV) photons attains a maximum conversion efficiency of ∼10% for 36–50 nm wire widths and 1 μm interspacing. This maximum radiation yield is found to be similar to that achieved in a uniform plasma of same average (sub-solid) density, but nanowire arrays provide efficient radiation sources over a broader parameter range. Moreover, we examine the variations of the photon spectra with the laser intensity and the wire material, and we demonstrate that the radiation efficiency can be further enhanced by adding a plasma mirror at the backside of the nanowire array. Finally, we briefly consider the influence of a finite laser focal spot and oblique incidence angle.
我々は、強度I = 10²¹–10²³ W cm⁻²のフェムト秒レーザーパルスとナノワイヤーアレイとの相互作用中に誘起されるシンクロトロン放射について、二次元粒子インセルシミュレーションに基づく数値的研究を提示する。ターゲットパラメータに関する広範なパラメトリックスキャンを通じて、主にワイヤー膨張によって生成されるプラズマの透明性または不透明性に依存する、いくつかの支配的な放射メカニズムを特定し特徴付ける。I = 10²² W cm⁻²において、高エネルギー（>10 keV）光子の放射は、36–50 nmのワイヤー幅および1 μmの間隔に対して約10%の最大変換効率に達する。この最大放射収量は、同じ平均（サブソリッド）密度の均一プラズマで達成されるものと類似していることが見出されるが、ナノワイヤーアレイはより広いパラメータ範囲にわたって効率的な放射源を提供する。さらに、レーザー強度およびワイヤー材料による光子スペクトルの変化を調べ、ナノワイヤーアレイの背面にプラズマミラーを追加することによって放射効率をさらに向上できることを実証する。最後に、有限なレーザーフォーカススポットおよび斜入射角の影響を簡潔に考察する。