The ionization dynamics of a thin aluminum foil irradiated by an ultrashort high-intensity laser is investigated with a two-dimensional relativistic electromagnetic particle-in-cell model, which includes optical field and collisional ionizations. The spatio-temporal characteristics of the ion charge and electron density have been studied for peak laser intensities between 1022 and 1024 W m−2 and a laser pulse duration of 80 fs. A series of ionization waves, launched near the front target surface, propagate through the target with a velocity of about two tenths the speed of light. In the pre-plasma region the aluminum is almost fully ionized due to optical field ionization, while in the bulk of the target the collisional ionization is more efficient. The ion charge in the bulk is a result of a complex sequence of events, the major role in which is played by the deposition of laser energy in the system and its distribution among the various degrees of freedom.
超短パルス高強度レーザーによって照射された薄膜アルミニウムの電離ダイナミクスを、光学場電離および衝突電離を含む2次元相対論的パーティクルインセルモデルを用いて調べた。ピークレーザー強度が10^22〜10^24 W m^-2、レーザーパルス持続時間が80フェムト秒の場合について、イオン電荷と電子密度の時空間特性を研究した。ターゲット前面近傍で発生した一連の電離波は、光速の約0.2倍の速度でターゲット内部を伝播する。プレプラズマ領域では、光学場電離によりアルミニウムはほぼ完全に電離する一方、ターゲット内部では衝突電離がより効率的である。バルク領域におけるイオン電荷は複雑な一連の事象の結果であり、その主要な役割は、系へのレーザーエネルギーの付与と、様々な自由度へのその分配によって果たされる。