Detailed and reliable numerical modeling of laser-plasma accelerators (LPAs), where a short and intense laser pulse interacts with an underdense plasma over distances of up to a meter, is a formidably challenging task. This is due to the great disparity among the length scales involved in the modeling, ranging from the micron scale of the laser wavelength to the meter scale of the total laser-plasma interaction length. The use of the time-averaged ponderomotive force approximation, where the laser pulse is described by means of its envelope, enables efficient modeling of LPAs by removing the need to model the details of electron motion at the laser wavelength scale. Furthermore, it allows simulations in cylindrical geometry which captures relevant 3D physics at 2D computational cost. A key element of any code based on the time-averaged ponderomotive force approximation is the laser envelope solver. In this paper we present the accurate and efficient envelope solver used in the code INF&RNO (INtegrated Fluid & paRticle simulatioN cOde). The features of the INF&RNO laser solver enable an accurate description of the laser pulse evolution deep into depletion even at a reasonably low resolution, resulting in significant computational speed-ups.
レーザープラズマ加速器（LPA）の詳細かつ信頼性の高い数値モデリングは、短く強力なレーザーパルスが最大1メートルにわたって低密度プラズマと相互作用する現象であり、非常に困難な課題である。これは、モデリングに関わる長さスケールの大きな隔たりに起因し、レーザー波長のミクロンスケールから、レーザー・プラズマ相互作用全体のメートルスケールまでに及ぶ。時間平均されたポンデロモーティブ力近似を用いることで、レーザーパルスをその包絡線によって記述し、レーザー波長スケールでの電子運動の詳細をモデル化する必要がなくなるため、LPAの効率的なモデリングが可能となる。さらに、この近似により、円筒座標系でのシミュレーションが可能となり、3次元の関連物理を2次元の計算コストで捉えることができる。時間平均されたポンデロモーティブ力近似に基づくあらゆるコードの重要な要素は、レーザー包絡線ソルバーである。本論文では、コードINF&RNO（INtegrated Fluid & paRticle simulatioN cOde）で使用されている、高精度かつ効率的な包絡線ソルバーを提示する。INF&RNOのレーザーソルバーの特徴により、比較的低い解像度でもレーザーパルスの時間発展を消耗段階まで正確に記述でき、その結果、計算の大幅な高速化が達成される。