The collimation of proton beams accelerated during ultra-intense laser irradiation of thin aluminum foils was measured experimentally whilst varying laser contrast. Increasing the laser contrast using a double plasma mirror system resulted in a marked decrease in proton beam divergence (20° to <10°), and the enhanced collimation persisted over a wide range of target thicknesses (50 nm–6 µm), with an increased flux towards thinner targets. Supported by numerical simulation, the larger beam divergence at low contrast is attributed to the presence of a significant plasma scale length on the target front surface. This alters the fast electron generation and injection into the target, affecting the resultant sheath distribution and dynamics at the rear target surface. This result demonstrates that careful control of the laser contrast will be important for future laser-driven ion applications in which control of beam divergence is crucial.
超強力レーザーを薄いアルミニウム箔に照射した際に生成される陽子ビームのコリメーションを、レーザーコントラストを変化させながら実験的に測定した。ダブルプラズマミラーシステムを用いてレーザーコントラストを増大させると、陽子ビームの発散角が顕著に減少し（20°から<10°）、この向上したコリメーションは広範囲のターゲット厚（50 nm–6 µm）にわたって維持され、より薄いターゲットに向かうほどフラックスが増加した。数値シミュレーションによって裏付けられたように、低コントラスト時のより大きなビーム発散は、ターゲット前面における有意なプラズマスケール長の存在に起因する。これにより、高速電子の生成とターゲットへの入射が変化し、ターゲット後面におけるシース分布とそのダイナミクスに影響を及ぼす。この結果は、ビーム発散の制御が重要となる将来のレーザー駆動イオン応用において、レーザーコントラストの精密な制御が重要であることを示している。