In the experiments reported here, the filamentation of ultrashort laser pulses, due to non-optimal choice of focusing geometry and/or electron number density, has a severely deleterious effect on monoenergetic electron beam production in laser wakefield accelerators. Interactions with relatively small focal spots, w0 < λp/2, and with pulse length cτ ≈ λp, incur fragmentation into a large number of low power filaments. These filaments are modulated with a density dependent size of, on average, close to λp. The break-up of the driving pulse results in shorter interaction lengths, compared with larger focal spots, and broad energy-spread electron beams, which are not useful for applications. Filamentation of the pulse occurs because the strongly dynamic focusing (small f-number) of the laser prevents pulse length compression before reaching its minimum spot-size, which results in non-spherical focusing gradients.
本実験で報告する現象として、集光形状および/または電子数密度の非最適な選択に起因する超短レーザーパルスのフィラメント化は、レーザー航跡場加速器における単色電子ビーム生成に対して深刻な悪影響を及ぼす。焦点スポットが比較的小さい場合（w0 < λp/2）、およびパルス長がcτ ≈ λpの場合、パルスは多数の低出力フィラメントへと分裂する。これらのフィラメントは、平均的にλpに近い密度依存のサイズで変調される。駆動パルスの分裂は、焦点スポットが大きい場合と比較して相互作用長を短縮し、その結果、応用には適さない広いエネルギー広がりを持つ電子ビームを生じさせる。パルスのフィラメント化は、レーザーの強い動的集光（小さなF値）によって、最小スポットサイズに達する前にパルス圧縮が妨げられ、非球面な集光勾配が生じるために発生する。