The efficient injection of electrons into a propagating relativistic laser pulse with normalized vector potential a0 ∼ 2 is demonstrated numerically and experimentally in a thin plasma layer with density 0.15–0.3 of the critical value. The injection is due to the wavebreaking of parametric plasma waves. The trapped particles gain multi-MeV (up to 20 MeV) energies by the direct laser acceleration in the plasma channel formed by the laser pulse in the lower density plasma tail. Numerical calculations were supported by experiments with micron-scale films pre-evaporated by an additional nanosecond laser pulse and a TW femtosecond laser facility. The experimentally observed bunch of electrons with energy above 1.6 MeV had a divergence of ∼0.05 rad and charge of ∼50 pC measured with photoneutron Be(g,n) reaction.
規格化ベクトルポテンシャルa0 ∼ 2を有する伝搬レーザーパルスへの電子の効率的な入射が、臨界密度の0.15〜0.3倍の密度を有する薄いプラズマ層において、数値的および実験的に実証された。この入射は、パラメトリックプラズマ波の波破壊によるものである。捕捉された粒子は、低密度プラズマテール内でレーザーパルスによって形成されたプラズマチャネルにおける直接レーザー加速により、最大20 MeVのエネルギーを獲得する。数値計算は、追加のナノ秒レーザーパルスによって事前に蒸発させたマイクロメートル厚の薄膜とTW級フェムト秒レーザー装置を用いた実験によって裏付けられた。実験で観測された電子バンチは、1.6 MeV以上のエネルギーを有し、その発散角は∼0.05 rad、電荷量は光中性子Be(g,n)反応を用いて∼50 pCと測定された。