For laser-driven ion acceleration from thin foils (∼10 μm–100 nm) in the target normal sheath acceleration regime, the hydro-carbon contaminant layer at the target surface generally serves as the ion source and hence determines the accelerated ion species, i.e. mainly protons, carbon and oxygen ions. The specific characteristics of the source layer—thickness and relevant lateral extent—as well as its manipulation have both been investigated since the first experiments on laser-driven ion acceleration using a variety of techniques from direct source imaging to knife-edge or mesh imaging. In this publication, we present an experimental study in which laser ablation in two fluence regimes (low: F ∼ 0.6 J cm−2, high: F ∼ 4 J cm−2) was applied to characterize and manipulate the hydro-carbon source layer. The high-fluence ablation in combination with a timed laser pulse for particle acceleration allowed for an estimation of the relevant source layer thickness for proton acceleration. Moreover, from these data and independently from the low-fluence regime, the lateral extent of the ion source layer became accessible.
レーザー駆動による薄膜（約10 μm～100 nm）からのイオン加速、すなわちターゲット法線シース加速機構において、ターゲット表面の炭化水素系コンタミネーション層が一般にイオン源として機能し、したがって加速されるイオン種、主に陽子、炭素イオン、酸素イオンを決定する。このソース層の具体的な特性——厚さおよび関連する横方向の広がり——とその操作は、レーザー駆動イオン加速に関する最初の実験以来、直接的なソースイメージングからナイフエッジ法やメッシュ法に至るまで、多様な手法を用いて研究されてきた。本論文では、低フルエンス領域（F ∼ 0.6 J cm⁻²）と高フルエンス領域（F ∼ 4 J cm⁻²）の2つのフルエンス条件でレーザーアブレーションを適用し、炭化水素系ソース層の特性評価と操作を行った実験研究を報告する。粒子加速用のタイミングを合わせたレーザーパルスと組み合わせた高フルエンスアブレーションにより、陽子加速に寄与するソース層の厚さの評価が可能となった。さらに、これらのデータから、低フルエンス領域とは独立に、イオンソース層の横方向の広がりが明らかになった。