This paper presents a theoretical study of a matching strategy for the laser-plasma wakefield accelerator where the injected electron beam is produced by an external source. The matching is achieved after an initial focusing using conventional beam optics, combining a linear tapering of plasma density and the increasing non linearity of the plasma wake due to the focusing of the laser driver. Both effects contribute in increasing the focusing strength from an initial relatively low value, to the considerably higher value present in the flat top plasma profile, where acceleration takes place. The same procedure is exploited to match the beam from plasma to vacuum once acceleration has occurred. Beam loading plays a crucial role both at the very beginning and end of the whole process. In the last stage, two more effects take place: a partial emittance compensation, reducing emittance value by a sizable amount, and a reduction of the energy spread, due to the relevant beam loading operating when the laser is defocused.
本論文は、外部源から生成された電子ビームが入射するレーザープラズマ航跡場加速器におけるマッチング戦略に関する理論的研究を提示する。マッチングは、従来のビーム光学を用いた初期収束の後、プラズマ密度の線形テーパリングと、レーザードライバーの収束によるプラズマ航跡場の非線形性の増大を組み合わせることによって達成される。両方の効果は、収束強度を初期の比較的低い値から、加速が行われるフラットトッププラズマプロファイルに存在するかなり高い値へと増加させることに寄与する。同じ手順は、加速が発生した後にビームをプラズマから真空へマッチングさせるためにも利用される。ビームローディングは、プロセス全体の最初と最後の両方において重要な役割を果たす。最終段階では、さらに2つの効果が生じる：エミッタンス補償の一部が発生し、エミッタンス値をかなりの量だけ低減すること、そしてレーザーがデフォーカスされた際に作用する関連するビームローディングによるエネルギー広がりの低減である。