We report two-dimensional particle-in-cell simulations to study the interaction of shaped laser pulses with overdense plasma targets. Preplasma is introduced as a linearly increasing plasma density ramp in front of the overdense plasma target and the shaping of laser pulse is introduced by considering different durations of leading and trailing pulse edge. The preplasma electrons are pushed towards the target due to the direct action of the laser ponderomotive forces on these electrons. The ponderomotive force associated with the sharp edge asymmetric pulses is significantly enhanced due to change in velocity gradient, hence, the electrons get stronger push inside the target. Thus, it is expected to reach more energetic electrons at the rear side of the target to accelerate the proton by the charge separation field. The combined effect of pulse asymmetry in the presence of preplasma enhances the peak energy of the protons for the case of fast leading edge pulse. We demonstrate the significant role played by the asymmetric pulse interaction with an overdense target to accelerate the proton more effectively from the rear side of the target. The asymmetric pulse with fast leading edge together with preplasma generates a proton beam of energy 12.5 MeV in comparison with the slow leading edge pulse (which generates proton beam of 6.0 MeV energy). This study suggests that the pulse asymmetry can be used as a tuning parameter in the presence of preplasma to improve the proton beam quality in TNSA scheme.
我々は、成形されたレーザーパルスと過密プラズマターゲットとの相互作用を研究するために、二次元粒子インセルシミュレーションを報告する。プレプラズマは、過密プラズマターゲットの前方に線形に増加するプラズマ密度ランプとして導入され、レーザーパルスの成形は、先行および後続パルスエッジの異なる持続時間を考慮することによって導入される。プレプラズマ電子は、これらの電子に対するレーザーのポンデロモーティブ力の直接的な作用により、ターゲットに向かって押し出される。急峻なエッジを有する非対称パルスに関連するポンデロモーティブ力は、速度勾配の変化により有意に増強され、したがって、電子はターゲット内部でより強い押し出しを受ける。この結果、電荷分離場によってターゲットの後面でより高エネルギーの陽子が加速されると期待される。プレプラズマの存在下でのパルス非対称性の複合効果は、高速な先行エッジパルスの場合に陽子のピークエネルギーを増強する。我々は、非対称パルスと過密プラズマターゲットとの相互作用が、ターゲット後面からの陽子加速をより効果的に促進する上で重要な役割を果たすことを実証する。高速な先行エッジを有する非対称パルスは、プレプラズマと組み合わせることで、低速な先行エッジパルス（6.0 MeVの陽子ビームを生成）と比較して、12.5 MeVのエネルギーを有する陽子ビームを生成する。この研究は、TNSAスキームにおける陽子ビーム品質を向上させるための調整パラメータとして、プレプラズマの存在下でのパルス非対称性が利用可能であることを示唆している。