Taking advantage of complementary measurements of the characteristics of both protons and electrons accelerated by a laser in a vacuum, we propose an advanced diagnostics of the parameters of the tightly focused high-intensity femtosecond laser pulse. The laser field description is based on Stratton–Chu integrals, which allow simulating laser pulses with different spatial–temporal profiles focused by an off-axis parabolic mirror down to the diffraction limit. The free particles, whose dynamics are calculated by the test particle method, are accelerated from a rarefied gas (almost a vacuum). We analyze the dependence of the particle spectra on the laser parameters: the laser peak intensity, focal spot size, and pulse duration. The results show that diagnostics obtained by simultaneously using protons and electrons allow increasing the estimation accuracy of measuring the focal spot size and the peak intensity and thus allow evaluating the laser pulse duration in the femtosecond range. Our proposal is a response to the urgent need to measure pulse durations in the focal spot for new PW-level class lasers of super-short duration up to ∼10 to 20 fs, which clearly demonstrate a current trend in laser technology.
レーザーによって真空中で加速された陽子と電子の両方の特性の相補的測定を利用して、高強度フェムト秒レーザーパルスの集光パラメータの高度な診断法を提案する。レーザー場の記述はストラットン・チュー積分に基づいており、これによりオフアクシス放物面鏡によって回折限界まで集光された異なる時空間プロファイルを持つレーザーパルスのシミュレーションが可能となる。テスト粒子法によって計算される自由粒子は、希薄ガス（ほぼ真空）から加速される。レーザーパラメータ（レーザーピーク強度、集光スポットサイズ、パルス持続時間）に対する粒子スペクトルの依存性を解析する。その結果、陽子と電子を同時に使用した診断法により、集光スポットサイズとピーク強度の測定精度を向上できることが示され、これによりフェムト秒領域のレーザーパルス持続時間の評価が可能となる。本提案は、現在のレーザー技術の明確な傾向である、約10〜20フェムト秒の超短パルスを持つ新たなPW級レーザーの集光スポットにおけるパルス持続時間測定の緊急のニーズに応えるものである。