We report experimental results on the effects of laser contrast on beam divergence and energy spectrum of protons emitted from ultrashort intense laser interactions with normal large foils and transverse-size-reduced targets. Correlations between beam divergence and spectral shape are found. Large divergence and near-plateau shape energy spectrum are observed for both types of targets when the laser pulse contrast is low. With high contrast laser irradiation, proton beam divergence is remarkably reduced and the energy spectral shape is changed to exponential for large foil targets. In comparison, a similar large divergence and the near-plateau spectral shape remain for transverse-size-reduced targets. The results could be explained by the preplasma formation and target deformation at different laser contrasts and modified accelerating sheath field evolution in transverse-size-reduced target, which were supported by the 2D hydrodynamic and PIC simulations.
我々は、通常の大型フォイルおよび横方向サイズを縮小したターゲットと相互作用する超短パルス強レーザーから放出される陽子のビーム発散とエネルギースペクトルに対するレーザーコントラストの影響に関する実験結果を報告する。ビーム発散とスペクトル形状の間に相関関係が見出された。レーザーパルスのコントラストが低い場合、両方のタイプのターゲットにおいて、大きな発散と準プラトー形状のエネルギースペクトルが観測された。高コントラストのレーザー照射では、大型フォイルターゲットにおいて陽子ビームの発散は著しく低減し、エネルギースペクトルの形状は指数関数的に変化した。それに対して、横方向サイズを縮小したターゲットでは、同様の大きな発散と準プラトースペクトル形状が維持された。これらの結果は、異なるレーザーコントラストにおけるプレプラズマ形成とターゲット変形、および横方向サイズを縮小したターゲットにおける加速シース電場の変調によって説明することができ、これらは2次元流体力学シミュレーションおよびPICシミュレーションによって裏付けられた。