Multi-petawatt (PW) lasers enable intensities exceeding 1023 W cm−2, at which point quantum electrodynamics (QED) processes, such as electron–positron pair-production via the nonlinear Breit–Wheeler process, will play a significant role in laser-plasma interactions. Using 2D QED-particle-in-cell simulations, we present a two-stage scheme in which nonlinear pair-production is induced via an ultra-intense laser-solid interaction. The first stage is the generation of a γ-ray beam, through the interaction of an ultra-intense laser pulse with a thick target, whose features are found to be strongly dependent on collective plasma effects. This compact, high energy γ-ray beam (characterised by a divergence half-angle ∼10° and average photon energy ∼10 MeV) then interacts with two counter-propagating laser pulses. By varying the laser polarisation and angle of incidence, we show that in the case of two circularly polarised laser pulses propagating at an angle equal to the divergence half-angle of the γ-ray beam, the produced positron distribution is highly anisotropic compared to the case of a standard head-on collision.
多ペタワット（PW）レーザーは、10²³ W cm⁻²を超える強度を実現可能であり、この強度領域では、非線形ブライト・ウィーラー過程による電子・陽電子対生成などの量子電磁力学（QED）過程が、レーザー・プラズマ相互作用において重要な役割を果たす。本稿では、2次元QEDパーティクルインセル（PIC）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を介して非線形対生成が誘起される2段階スキームを提示する。第1段階では、超高強度レーザーパルスと厚いターゲットとの相互作用によりγ線ビームが生成され、その特性は集団的プラズマ効果に強く依存することが見出された。このコンパクトな高エネルギーγ線ビーム（半頂角〜10°、平均光子エネルギー〜10 MeV）は、その後、2つの対向伝搬レーザーパルスと相互作用する。レーザーの偏光と入射角を変化させることにより、γ線ビームの半頂角に等しい角度で伝搬する2つの円偏光レーザーパルスの場合、生成される陽電子分布は、標準的な正面衝突の場合と比較して強く異方的になることを示す。