Joint wakefield acceleration by laser pulse and by self-injected electron bunches

Abstract

The multi-bunches self-injection, observed in laser-plasma accelerators in the bubble regime, may be challenging. Namely, it affects the energy gain of electrons accelerated by laser wakefield. With time the first witness bunches turn into drivers and contribute to acceleration of the last witness bunches. Thus, the combined joint acceleration occurs of last self-injected bunches by laser pulse and by first self-injected bunches which have become drivers. It is shown that the charges of originally self-injected bunches equal more pC, the charges of additionally self-injected and accelerated bunches with the greatest energy are much less. It is also shown that the energies of additionally selfinjected and accelerated bunches are more than the energies of originally self-injected bunches which have become drivers. It is demonstrated that originally self-injected bunch in the second wake bubble in the case of injection of a single laser pulse and in the third wake bubble in the case of injection of short chain of laser pulses after deceleration is self-cleaned as a result of radial defocusing by transversal fields.

Многосгустковая самоинжекция, наблюдающаяся в лазерно-плазменных ускорителях в нелинейном режиме, может оказаться многообещающей. А именно, она приводит к увеличению энергии электронов, ускоряемых лазерным кильватерным полем. Со временем первые самоинжектированные сгустки превращаются в драйверные и способствуют ускорению последующих ускоряемых сгустков. Таким образом, наступает комбинированное совместное ускорение последних самоинжектированных электронных сгустков лазерным импульсом и первыми самоинжектированными электронными сгустками, ставшими драйверами. Показано, что заряды первоначально самоинжектированных электронных сгустков равны нескольким пикокулонам, заряды же дополнительно самоинжектированных и ускоряемых электронных сгустков, имеющих самую большую энергию, гораздо меньше. Также показано, что энергии дополнительно самоинжектированных и ускоряемых электронных сгустков больше, чем энергии первоначально самоинжектированных сгустков электронов, ставших драйверами. Продемонстрировано, что как в случае инжекции одного лазерного импульса, так и в случае инжекции короткой цепочки лазерных импульсов, первоначально самоинжектированный электронный сгусток во второй кильватерной пол

Багатозгусткова самоінжекція, що спостерігається в лазерно-плазмових прискорювачах у нелінійному режимі, може виявитися багатообіцяючою. А саме, вона призводить до збільшення енергії електронів, прискорених лазерним кільватерним полем. Згодом перші самоінжектовані згустки перетворюються в драйверні і сприяють прискоренню наступних самоінжектованих згустків. Таким чином, настає комбіноване спільне прискорення останніх самоінжектованих згустків лазерним імпульсом і першими самоінжектованими згустками, що стали драйверами. Показано, що заряди спочатку самоінжектованих згустків рівні декільком пiкокулонам, заряди ж додатково самоінжектованих і прискорених електронних згустків, що мають найбільшу енергію, набагато менше. Також показано, що енергії додатково самоінжектованих і прискорених згустків більше, ніж енергії спочатку самоінжектованих згустків, що стали драйверами. Продемонстровано, як в разі інжекції одного лазерного імпульсу, так і в разі інжекції короткого ланцюжка лазерних імпульсів, що спочатку самоінжектований електронний згусток в другій кільватерній порожнині після гальмування самоочищається в результаті радіального дефокусування поперечними полями.