The transition threshold from relativistically transparent regime to opaque regime in the interaction of an ultra-intense laser pulse and a bulk plasma with mobile background ions is investigated. The threshold corresponds to the onset of laser hole-boring. We show that for an ultra-intense laser, the threshold depends on the ion composition of the plasma, and the corresponding plasma density is significantly lower than that with ion immobile plasma. These are supported by 1D PIC simulations by using hydrogen plasma and fully ionized carbon plasma. The movement of background ions modifies the dynamics and distribution of electrons in the plasma, which results in the Doppler-red-shift of the incident laser and the increase of the effective plasma density. An intuitive model, which gives the dependence of the transparency-opaqueness threshold on laser intensity and frequency, as well as the ion composition, is established. It is tested by multi-dimensional PIC simulations with hydrogen plasma.
超強度レーザーパルスと、移動可能な背景イオンを有するバルクプラズマとの相互作用における、相対論的透明領域から不透明領域への遷移しきい値を調査した。このしきい値は、レーザーホールボーリングの開始に対応する。我々は、超高強度レーザーに対しては、しきい値がプラズマのイオン組成に依存し、対応するプラズマ密度が、イオンが移動しないプラズマの場合よりも有意に低くなることを示す。これらは、水素プラズマと完全電離炭素プラズマを用いた1次元PICシミュレーションによって支持される。背景イオンの移動は、プラズマ中の電子の力学と分布を変化させ、その結果、入射レーザーのドップラー赤方偏移と実効プラズマ密度の増加をもたらす。レーザー強度と周波数、およびイオン組成に対する透明-不透明しきい値の依存性を与える直感的モデルを構築した。これは、水素プラズマを用いた多次元PICシミュレーションによって検証された。