The spatial distribution of protons accelerated from submicron-thick plastic foil targets using multi-terawatt, frequency-doubled laser pulses with ultra-high temporal contrast has been investigated experimentally. A very stable, ring-like beam profile of the accelerated protons, oriented around the target's normal direction has been observed. The ring's opening angle has been found to decrease with increasing foil thicknesses. Two-dimensional particle-in-cell simulations reproduce our results indicating that the ring is formed during the expansion of the proton density distribution into the vacuum as described by the mechanism of target-normal sheath acceleration. Here—in addition to the longitudinal electric fields responsible for the forward acceleration of the protons—a lateral charge separation leads to transverse field components accelerating the protons in the lateral direction.
超短パルスレーザーと高コントラスト比を有する周波数二倍レーザーパルスを用いて、サブミクロン厚のプラスチック薄膜ターゲットから加速される陽子の空間分布を実験的に調べた。その結果、ターゲット法線方向を中心とした非常に安定したリング状の陽子ビームプロファイルが観測された。このリングの開き角は、ターゲット厚の増加に伴って減少することが明らかになった。二次元パーティクルインセルシミュレーションは実験結果を再現し、リング構造はターゲットノーマルシース加速機構に記述される陽子密度分布の真空中への膨張過程において形成されることを示した。ここで、陽子の前方加速を担う縦方向電場に加えて、横方向の電荷分離によって生じる横方向電場成分が、陽子を横方向に加速する役割を果たしていることが明らかにされた。