In laser wakefield accelerators, guiding of drive laser pulses in preformed plasma channels plays a key role to overcome laser diffraction for effective acceleration. Different from guiding schemes studied previously, where a Gaussian laser pulse and a parabolic plasma channel were investigated, here we investigate the guiding of Laguerre–Gaussian (LG) pulses in plasma channels. Analytical studies and three-dimensional particle-in-cell simulations show that the matched conditions still exist for high order laser pulses and high order plasma channels. For usual Gaussian and high order LG pulses, the second order parabolic channel gives the best guiding. Although the laser pulse can also be guided in even higher order channels, its envelope deforms during propagation. For laser pulses with combined multi-LG modes, determined by their azimuthal orbit angular momenta, there is axisymmetric or non-axisymmetric evolution for the transverse laser intensity profile. The preformed plasma channel can guide the combined pulses but the transverse intensity profile of the laser pulses always evolves.
レーザー航跡場加速において、プリフォームドプラズマチャネル内での駆動レーザーパルスの導波は、効果的な加速のためのレーザー回折を克服する上で重要な役割を果たす。これまでに研究された導波スキーム（ガウシアンレーザーパルスと放物型プラズマチャネルを対象としたもの）とは異なり、ここではプラズマチャネル内でのラゲール・ガウス（LG）パルスの導波を調査する。解析的研究と三次元パーティクルインセルシミュレーションにより、高次レーザーパルスと高次プラズマチャネルに対してマッチング条件が依然として存在することが示される。通常のガウシアンパルスおよび高次LGパルスに対しては、二次の放物型チャネルが最良の導波を与える。レーザーパルスはさらに高次のチャネルでも導波され得るが、そのエンベロープは伝播中に変形する。複合マルチLGモードを有するレーザーパルスについては、その方位角軌道角運動量によって決定される横方向レーザー強度プロファイルの軸対称的または非軸対称的発展が存在する。プリフォームドプラズマチャネルは複合パルスを導波できるが、レーザーパルスの横方向強度プロファイルは常に発展する。