A significant part of the laser wakefield acceleration (LWFA) research effort focuses on studying high-energy, quasi-monoenergetic electron beams. For other applications, such as the production and application of intense betatron x-ray radiation, Bremsstrahlung γ-rays and positron beams, the beam's spectral quality is secondary to the number of electrons produced. This work discusses 3D particle-in-cell simulations of a highly efficient LWFA acceleration process, generating a broad spectrum of electrons, driven by a 12 TW few-cycle laser on high-density gas targets. In some cases, laser absorption in plasma exceeds 80%, and up to 27% of the driving laser energy is transferred to electrons over 20 MeV leaving the plasma. We also observe a deceleration of the accelerated beam at the plasma downramp and plasma exit, which arises from transitioning from laser-driven to beam-dominated wake, and also from the induced axial electric field. This effect is similar to magnetic vortex acceleration, where the induced axial electric field, instead of accelerating plasma ions, would slow down the opposite-charged electron beam and also a strong return current and backward electron beam.
レーザー航跡場加速（LWFA）研究の重要な部分は、高エネルギー・準単色電子ビームの研究に焦点を当てています。強力なベータトロンX線放射、制動放射γ線、陽電子ビームの生成と応用などの他の用途では、ビームのスペクトル品質は生成される電子数に次ぐものです。本稿では、高密度ガスターダー上で12 TWの少数サイクルレーザーによって駆動される、広いスペクトルの電子を生成する高効率LWFA過程の3次元パーティクル・イン・セルシミュレーションについて論じます。いくつかの場合では、プラズマ中のレーザー吸収は80%を超え、駆動レーザーエネルギーの最大27%が、プラズマを離れる20 MeV以上の電子に転送されます。また、プラズマダウンランプおよびプラズマ出口における加速ビームの減速も観察されます。これは、レーザー駆動からビーム駆動の航跡場への遷移と、誘起された軸方向電場に起因します。この効果は磁気渦加速に類似しており、そこでは誘起された軸方向電場が、プラズマイオンを加速する代わりに、反対電荷の電子ビームと強い帰還電流および後方電子ビームを減速させます。