During the last few years laser-driven plasma accelerators have been shown to generate quasi-monoenergetic electron beams with energies up to several hundred MeV. Extending the output energy of laser-driven plasma accelerators to the GeV range requires operation at plasma densities an order of magnitude lower, i.e. 1018 cm−3, and increasing the distance over which acceleration is maintained from a few millimetres to a few tens of millimetres. One approach for achieving this is to guide the driving laser pulse in the plasma channel formed in a gas-filled capillary discharge waveguide. We present transverse interferometric measurements of the evolution of the plasma channel formed and compare these measurements with models of the capillary discharge. We describe in detail experiments performed at Lawrence Berkeley National Laboratory and at Rutherford Appleton Laboratory in which plasma accelerators were driven within this type of waveguide to generate quasi-monoenergetic electron beams with energies up to 1 GeV.
ここ数年、レーザー駆動プラズマ加速器が、最大で数百MeVのエネルギーを持つ準単色電子ビームを生成できることが実証されてきた。レーザー駆動プラズマ加速器の出力エネルギーをGeV領域にまで拡張するには、プラズマ密度を一桁低い、すなわち10¹⁸ cm⁻³程度にし、加速が維持される距離を数ミリメートルから数十ミリメートルに延ばす必要がある。これを実現する一つの方法として、ガス充填キャピラリ放電導波路内に形成されたプラズマチャネルに駆動レーザーパルスを導く手法がある。我々は、このようにして形成されたプラズマチャネルの時間発展を横方向から干渉計測し、その結果をキャピラリ放電のモデルと比較した。さらに、ローレンス・バークレー国立研究所およびラザフォード・アップルトン研究所において、この種の導波路を用いてプラズマ加速器を駆動し、最大1 GeVのエネルギーを持つ準単色電子ビームを生成した実験の詳細について述べる。