Fast electrons generated via the interaction of ultra-intense laser pulses with a solid target can produce multi-MeV ions from laser-induced plasmas. These fast ions can be used for various applications ranging from the ion implantation to the stimulation of nuclear reactions. The most important point here is the efficiency of production of such fast ions. We analyse in detail, with the help of an analytical model and particle-in-cell simulations, the most efficient acceleration mechanisms including the ponderomotive force driving and acceleration by the shock wave, and compare the electrostatic ion acceleration at the front side and at the rear side of a foil target. We also determine the optimal plasma density distribution shaped by the laser pre-pulse.
超短パルスレーザーと固体ターゲットとの相互作用によって生成された高速電子は、レーザー誘起プラズマから多MeVのイオンを生成することができる。これらの高速イオンは、イオン注入から核反応の刺激に至るまで、様々な応用に利用できる。ここで最も重要な点は、そのような高速イオンの生成効率である。我々は、解析モデルと粒子インセルシミュレーションを用いて、ポンデロモーティブ力による駆動と衝撃波による加速を含む最も効率的な加速メカニズムを詳細に解析し、フォイルターゲットの前面と後面における静電イオン加速を比較する。また、レーザープリパルスによって形成される最適なプラズマ密度分布を決定する。