An external magnetic field applied to a laser plasma is shown to produce a plasma channel at densities relevant to creating GeV monoenergetic electrons through laser wakefield acceleration. Furthermore, the magnetic field also provides a pressure to help shape the channel to match the guiding conditions of an incident laser beam. Measured density channels suitable for guiding relativistic short-pulse laser beams are presented with a minimum density of 5 × 1017 cm−3, which corresponds to a linear dephasing length of several centimeters suitable for multi-GeV electron acceleration. The experimental setup at the Jupiter Laser Facility, Lawrence Livermore National Laboratory, where a 1 ns, 150 J, 1054 nm laser will produce a magnetically controlled channel to guide a < 75 fs, 10 J short-pulse laser beam through 5 cm of 5 × 1017 cm−3 plasma is presented. Calculations presented show that electrons can be accelerated to 3 GeV with this system. Three-dimensional resistive magneto-hydrodynamic simulations are used to design the laser and plasma parameters, and quasi-static kinetic simulations indicate that the channel will guide a 200 TW laser beam over 5 cm.
レーザープラズマに印加された外部磁場が、レーザー航跡場加速によるGeV級の単色電子生成に適した密度のプラズマチャンネルを生成することが示されている。さらに、磁場は入射レーザービームの導波条件に合わせてチャンネル形状を整える圧力も提供する。相対論的短パルスレーザーの導波に適した測定された密度チャンネルが、5 × 10¹⁷ cm⁻³の最小密度で提示されており、これは数cmの線形デフェージング長に相当し、多GeV電子加速に適している。ローレンス・リバモア国立研究所のJupiter Laser Facilityにおける実験セットアップが提示されており、そこでは1 ns、150 J、1054 nmのレーザーが磁気制御されたチャンネルを生成し、< 75 fs、10 Jの短パルスレーザービームを5 cmの5 × 10¹⁷ cm⁻³プラズマ中で導波させる。計算により、このシステムで電子を3 GeVまで加速できることが示されている。レーザーとプラズマのパラメータ設計には3次元抵抗性磁気流体シミュレーションが用いられ、準静的動力学シミュレーションにより、このチャンネルが200 TWレーザービームを5 cmにわたって導波することが示されている。