Relativistic laser pulses can accelerate electrons up to energies of several GeV during their interaction with gaseous targets through the direct laser acceleration (DLA) mechanism. While the electrons are accelerated to high energies, they oscillate transversely to the laser propagation direction, emitting radiation. We demonstrate using particle-in-cell (PIC) simulations that the high accelerated electron charge enables DLA sources to emit photons/0.1% bandwidth (BW) at energies of hundreds of MeV when interacting with multi-petawatt (PW) laser pulses. We provide an analytical estimate of the expected critical frequency for the DLA betatron spectrum which is in strong agreement with PIC simulations. We also show that using gas jets of low density ( cm−3) is beneficial for the brightness of the source, since low plasma density produces collimated radiation. If the laser pulse is focused to an optimal spot size that results in the highest cut-off energies, the conversion efficiency from laser to radiation can reach up to a few percent, which makes DLA a promising high-brilliance source of gamma-ray radiation.
相対論的レーザーパルスは、直接レーザー加速（DLA）機構を通じて気体ターゲットとの相互作用中に電子を数GeVのエネルギーまで加速することができる。電子が高エネルギーまで加速される間、それらはレーザー伝搬方向に対して横方向に振動し、放射を放出する。我々は、粒子インセル（PIC）シミュレーションを用いて、高い加速電子電荷により、DLA源がマルチペタワット（PW）レーザーパルスとの相互作用時に数百MeVのエネルギーで 光子/0.1%帯域幅（BW）を放出することを実証する。我々は、PICシミュレーションと強く一致する、DLAベータトロンスペクトルの期待される臨界周波数の解析的推定を提示する。また、低密度（ cm−3）のガスジェットを使用することが光源の輝度にとって有益であることも示す。低いプラズマ密度はコリメートされた放射を生成するためである。レーザーパルスが最も高いカットオフエネルギーをもたらす最適なスポットサイズに集束される場合、レーザーから放射への変換効率は数パーセントにまで達し得る。これにより、DLAはガンマ線放射の有望な高輝度光源となる。