We report a significant enhancement in both the energy and the flux of relativistic electrons accelerated by ultra-intense laser pulse irradiation (>1 × 10 21 W cm−2) of near solid density aligned CD2 nanowire arrays in comparison to those from solid CD2 foils irradiated with the same laser pulses. Ultrahigh contrast femtosecond laser pulses penetrate deep into the nanowire array creating a large interaction volume. Detailed three dimensional relativistic particle-in-cell simulations show that electrons originating anywhere along the nanowire length are first driven towards the laser to reach a lower density plasma region near the tip of the nanowires, where they are accelerated to the highest energies. Electrons that reach the lower density plasma experience direct laser acceleration up to the dephasing length, where they outrun the laser pulse. This yields an electron beam characterized by a 3× higher electron temperature and an integrated flux 22.4× larger respect to foil targets. Additionally, the generation of >1 MeV photons were observed to increase up to 4.5×.
我々は、超高強度レーザーパルス（>1 × 10^21 W cm^-2）を照射した準固体密度の配列カーボンナノワイヤーにおいて、固体カーボンフォイルに同レーザーパルスを照射した場合と比較して、相対論的電子のエネルギーとフラックスの両方が大幅に増強されることを報告する。超高コントラストのフェムト秒レーザーパルスはナノワイヤーアレイの深部まで浸透し、大きな相互作用体積を生成する。詳細な三次元相対論的粒子セルシミュレーションにより、ナノワイヤー長に沿った任意の位置で生成された電子は、まずレーザー方向へ駆動され、ナノワイヤー先端付近の低密度プラズマ領域に到達し、そこで最高エネルギーまで加速されることが示される。低密度プラズマに到達した電子は、レーザーパルスを追い越す脱位相長まで直接レーザー加速を受ける。この結果、固体フォイルターゲットと比較して、電子ビームは3倍高い電子温度と22.4倍大きい積分フラックスを特徴とする。さらに、>1 MeV光子の生成も最大4.5倍増加することが観測された。