The generation of super-high energetic electrons influenced by pre-plasma in relativistic intensity laser–matter interaction is studied in a one-dimensional slab approximation with particle-in-cell simulations. Different pre-plasma scale lengths and laser intensities are considered, showing an increase in both particle number and cut-off kinetic energy of electrons with the increase of pre-plasma scale length and laser intensity, the cut-off kinetic energy greatly exceeding the corresponding laser ponderomotive energy. A two-stage electron acceleration model is proposed to explain the underlying physics. The first stage is attributed to the synergetic acceleration by longitudinal electric field and counter-propagating laser pulses, and a scaling law is obtained with efficiency depending on the pre-plasma scale length and laser intensity. These electrons pre-accelerated in the first stage could build up an intense electrostatic potential barrier with maximal value several times as large as the initial electron kinetic energy. Some of the energetic electrons could be further accelerated by reflection off the electrostatic potential barrier, with their finial kinetic energies significantly higher than the values pre-accelerated in the first stage.
相対論的強度のレーザー–物質相互作用におけるプレプラズマの影響を受けた超高エネルギー電子の生成を、粒子インセルシミュレーションを用いた一次元スラブ近似で研究した。異なるプレプラズマのスケール長とレーザー強度を考慮し、プレプラズマのスケール長とレーザー強度の増加に伴って電子の粒子数とカットオフ運動エネルギーの両方が増加し、カットオフ運動エネルギーが対応するレーザーのポンデロモーティブエネルギーを大幅に超えることを示した。背後にある物理を説明するために、二段階電子加速モデルを提案する。第一段階は、縦方向電場と対向伝搬レーザーパルスによる相乗的加速に帰属され、プレプラズマのスケール長とレーザー強度に依存する効率を持つスケーリング則が得られる。第一段階で予備加速されたこれらの電子は、初期電子運動エネルギーの数倍に達する最大値を持つ強い静電ポテンシャル障壁を形成し得る。これらの高エネルギー電子の一部は、静電ポテンシャル障壁での反射によってさらに加速され得、その最終的な運動エネルギーは第一段階で予備加速された値よりも有意に高くなる。