Betatron x-ray emission in laser plasma accelerators is a promising compact source that may be an alternative to conventional x-ray sources, based on large scale machines. In addition to its potential as a source, precise measurements of betatron emission can reveal crucial information about relativistic laser–plasma interaction. We show that the emission length and the position of the x-ray emission can be obtained by placing an aperture mask close to the source, and by measuring the beam profile of the betatron x-ray radiation far from the aperture mask. The position of the x-ray emission gives information on plasma wave breaking and hence on the laser non-linear propagation. Moreover, the measurement of the longitudinal extension helps one to determine whether the acceleration is limited by pump depletion or dephasing effects. In the case of multiple injections, it is used to retrieve unambiguously the position in the plasma of each injection. This technique is also used to study how, in a capillary discharge, the variations of the delay between the discharge and the laser pulse affect the interaction. The study reveals that, for a delay appropriate for laser guiding, the x-ray emission only occurs in the second half of the capillary: no electrons are injected and accelerated in the first half.
レーザープラズマ加速器におけるベータトロンX線放射は、大型装置に基づく従来のX線源に代わり得る有望なコンパクト光源である。光源としての可能性に加えて、ベータトロン放射の精密測定は、相対論的レーザー・プラズマ相互作用に関する重要な情報を明らかにすることができる。我々は、光源の近くにアパーチャマスクを配置し、アパーチャマスクから離れた位置でベータトロンX線放射のビームプロファイルを測定することにより、放射長とX線放射の位置を取得できることを示す。X線放射の位置は、プラズマ波の破砕に関する情報を与え、ひいてはレーザーの非線形伝播に関する情報を与える。さらに、縦方向の広がりの測定は、加速がポンプ減衰または位相ずれのいずれによって制限されるかを判断するのに役立つ。複数回の入射の場合、この手法は各入射のプラズマ内での位置を明確に特定するために用いられる。この手法はまた、キャピラリ放電において、放電とレーザーパルス間の遅延時間の変化が相互作用に及ぼす影響を研究するためにも用いられる。研究により、レーザー導波に適した遅延時間では、X線放射はキャピラリの後半でのみ発生し、前半では電子の入射も加速も起こらないことが明らかになった。