Two-dimensional particle-in-cell simulations have been performed to study electron-positron pair production and cascade development in single ultra-relativistic laser interaction with solid targets. The spatiotemporal distributions of particles produced via QED processes are illustrated and their dependence on laser polarizations is investigated. The evolution of particle generation displays clear QED cascade characters. Studies show that although a circularly polarized laser delays the QED process due to the effective ion acceleration, it can reduce the target heating and confine high-energy charged particles, which leads to deeper QED cascade order and denser pair plasma production than linearly polarized lasers. These findings may benefit the understanding of the coming experimental studies of ultra-relativistic laser target interaction in the QED dominated regime.
二次元粒子インセルシミュレーションを用いて、超高強度レーザーと固体ターゲットの相互作用における電子陽電子対生成とカスケード発展を研究した。QED過程を介して生成される粒子の時空間分布を示し、そのレーザー偏光依存性を調べた。粒子生成の時間発展は明確なQEDカスケード特性を示す。研究結果によれば、円偏光レーザーは効果的なイオン加速によりQED過程を遅延させるものの、ターゲットの加熱を抑制し高エネルギー粒子を閉じ込めることで、線偏光レーザーと比較してより深いQEDカスケード次数と高密度の対プラズマ生成を実現する。これらの知見は、QED支配領域における超高強度レーザーとターゲットの相互作用の今後の実験研究の理解に資するものである。