We use particle-in-cell simulation to demonstrate that the use of two split intense femtosecond laser pulses can significantly improve the proton energy in the target normal sheath acceleration scheme. By splitting a weak laser pulse from the main laser pulse and irradiating it on the target rear side, the hot electrons are greatly enhanced on both the front and back sides of the solid target, forming a low-density electron layer of a few microns thickness, which in turn further improves the absorption rate of the laser and leads to enhanced acceleration of protons. It is shown that for a wide range of laser intensities, the energy conversion efficiency to protons, the number of high-energy protons, and the cutoff proton energy are almost doubled compared to the single-laser case with the same total laser energy. This simple scheme potentially opens a degree of freedom for manipulating the proton acceleration process and should arouse broad interest due to its wide applications.
我々は、粒子インセルシミュレーションを用いて、2つの分割された強力フェムト秒レーザーパルスが、ターゲットノーマルシース加速方式における陽子エネルギーを大幅に向上させ得ることを実証する。主レーザーパルスから弱いレーザーパルスを分割し、それをターゲット背面に照射することにより、固体ターゲットの前面と背面の両方で高温電子が大幅に増強され、数ミクロンの厚さの低密度電子層が形成される。これにより、レーザーの吸収率がさらに向上し、陽子の加速が促進される。同一の総レーザーエネルギーを有する単一レーザーパルスの場合と比較して、広範囲のレーザー強度において、陽子へのエネルギー変換効率、高エネルギー陽子の数、およびカットオフ陽子エネルギーがほぼ2倍になることが示されている。この簡便な方式は、陽子加速プロセスを制御する新たな自由度を提供する可能性があり、その幅広い応用により広い関心を集めることが期待される。