Intense sub-cycle electromagnetic pulses allow one to drive nonlinear processes in matter with unprecedented levels of control. However, it remains challenging to scale such sources in the relativistic regime. Recently, a scheme that utilizes laser-driven wakes in plasmas to amplify and compress seed laser pulses to produce tunable, carrier-envelope-phase stable, relativistic sub-cycle pulses has been proposed. Here, we present parametric studies of this process using particle-in-cell simulations, showing its robustness over a wide range of experimentally accessible laser-plasma interaction parameters, spanning more than two orders of magnitude of background plasma density. The method is shown to work with different gas-jet profiles, including structured density profiles and is robust over a relatively wide range of driver laser intensities. Our study shows that sub-cycle pulses of up to 10mJ of energy can be produced.
強いサブサイクル電磁パルスは、前例のないレベルの制御性をもって物質中の非線形過程を駆動することを可能にする。しかしながら、そのような光源を相対論的領域へとスケールアップすることは、依然として困難な課題である。近年、プラズマ中のレーザー駆動航跡場を利用してシードレーザーパルスを増幅・圧縮し、波長可変でキャリアエンベロープ位相が安定な相対論的サブサイクルパルスを生成する手法が提案された。本稿では、粒子インセルシミュレーションを用いてこの過程のパラメトリック研究を行い、実験的に到達可能な広範なレーザー・プラズマ相互作用パラメータにわたって、その堅牢性を示す。この手法は、背景プラズマ密度が2桁以上にわたって変化する条件下でも機能し、異なるガスジェットプロファイル（構造化密度プロファイルを含む）においても有効であることが示される。さらに、ドライバーレーザー強度の比較的広い範囲に対して堅牢であることも明らかになった。本研究により、最大10mJのエネルギーを持つサブサイクルパルスの生成が可能であることが示される。