We numerically investigate a scheme for generating ultralow-emittance electron beams using hydrodynamic optical-field-ionization (HOFI)-induced shock injection in laser wakefield acceleration (LWFA). A steep density down-ramp formed by the HOFI process enables electron injection at low laser amplitude a0, reducing transverse forces and favoring longitudinal injection to minimize the beam emittance. Particle-in-cell simulations demonstrate the production of high-quality electron beams with a charge of , an energy of approximately , an rms energy spread of about 3%, and a normalized projected emittance of about . Unlike mechanically driven shocks commonly used in LWFA, the HOFI-induced shock exhibits superior stability, enabling precise control over the electron injection process. Moreover, because injection occurs where a0 is relatively low and slowly varying, the scheme shows enhanced tolerance to laser energy jitter. This approach provides a promising pathway for generating high-quality electron beams suited for downstream applications such as GeV-class plasma accelerators and free-electron lasers.
我々は、レーザー航跡場加速(LWFA)における流体力学的光電離(HOFI)誘起衝撃波入射を用いて、超低エミッタンス電子ビームを生成するスキームを数値的に調査する。HOFIプロセスによって形成される急峻な密度ダウンランプは、低いレーザー振幅a0での電子入射を可能にし、横方向の力を低減して、ビームエミッタンスを最小化するために縦方向入射を促進する。Particle-in-cellシミュレーションは、電荷が 、エネルギーが約 、rmsエネルギー広がりが約3%、および正規化投影エミッタンスが約 である高品質電子ビームの生成を実証する。LWFAで一般的に使用される機械的駆動衝撃波とは異なり、HOFI誘起衝撃波は優れた安定性を示し、電子入射プロセスの精密な制御を可能にする。さらに、入射はa0が比較的低くゆっくり変化する場所で発生するため、このスキームはレーザーエネルギージッターに対する耐性が向上する。このアプローチは、GeV級プラズマ加速器や自由電子レーザーなどの下流アプリケーションに適した高品質電子ビームを生成するための有望な経路を提供する。