In the context of ion acceleration driven by ultra-high contrast lasers using thin foils, there is a clear trend towards increasing ion energy when the target thickness is reduced. However when the target is too thin and the prepulse strength is not negligible, this trend is reversed due to degradation of the target mainly caused by prepulse-induced shocks, among other effects (thermal plasma expansion, early onset of transparency, etc). In this paper, we propose and motivate the use of multi-layered targets for the purpose of enhancing the target normal sheath acceleration mechanism by means of attenuating the shock waves inside the target. It is demonstrated through hydrodynamic simulations that multi-layered targets, composed of alternating layers of plastic and gold, can significantly delay the time of shock wave breakout, reducing the shock energy that breaks out of the target and shortening the plasma scale-length. This approach paves the way for enhanced laser-driven ion acceleration using thinner targets even for relatively low contrast lasers.
超高コントラストレーザーを用いた薄膜ターゲットによるイオン加速において、ターゲット厚を減少させるとイオンエネルギーが増大するという明確な傾向が見られる。しかしながら、ターゲットが薄すぎる場合、プレパルス強度が無視できないレベルになると、主にプレパルス誘起衝撃波によるターゲットの劣化（その他の影響として、熱プラズマ膨張、透明度の早期発現など）により、この傾向は逆転する。本論文では、ターゲット内部の衝撃波を減衰させることにより、ターゲット法線シース加速を強化することを目的とした多層ターゲットの使用を提案し、その動機付けを行う。流体シミュレーションを通じて、プラスチックと金の交互層からなる多層ターゲットが、衝撃波の破壊時間を大幅に遅延させ、ターゲットから放出される衝撃エネルギーを低減し、プラズマスケール長を短縮することが実証された。本手法は、比較的低コントラストのレーザーであっても、より薄いターゲットを用いた高効率レーザー駆動イオン加速への道を開くものである。