Proton emission from solid foil targets irradiated by relativistically intense femtosecond laser pulses is studied experimentally. Broad plateaus in energy spectra are measured from micron-thick targets when the incident laser pulses have relatively low intensity contrasts. It is proposed that such proton spectra can be attributed to the combined processes of laser-driven collisionless shock acceleration and target normal sheath acceleration. Simple analytic estimation and two-dimensional particle-in-cell simulations are performed, which support our interpretation. The obtained plateau-shape spectrum may also serve as an effective tool to diagnose the plasma state and verify the ion acceleration mechanisms in laser-solid interactions.
相対論的強度のフェムト秒レーザーパルスを照射した固体ターゲットからの陽子放出を実験的に研究した。強度コントラストが比較的低い場合、ミクロン厚のターゲットから測定されたエネルギースペクトルには広いプラトーが観測される。このような陽子スペクトルは、レーザー駆動の無衝突衝撃波加速とターゲット法線シース加速の複合過程に帰属できることが提案された。単純な解析的見積もりと二次元パーティクルインセルシミュレーションが実施され、この解釈を支持する結果が得られた。得られたプラトー形状のスペクトルは、レーザー固体相互作用におけるプラズマ状態の診断やイオン加速メカニズムの検証に有効なツールとなり得る。