Numerické simulace laserového urychlování s ionizační injekcí elektronů do brázdové vlny

Abstract

Práca sa zaoberá štúdiom laserového urýchľovania s ionizačnou injektážov elektrónov do brázdovej vlny pomocou particlein-cell kódu EPOCH. Simuláciami rôznych schém pre LWFA používajúc jeden resp. dva laserové zväzky a rôzne hustotné profily sme sa snažili získať vysoko-kvalitný elektrónový zväzok s malým energetickým rozptylom a nízkou emitanciou. Výsledky simulácií ukazujú, že elektrónový zväzok s relatívne dobrými parametrami (energetický rozptyl (FWHM) 23% a priečna emitancia - 2.55 ?m) je možné dosiahnuť pomocou dvoch laserových zväzkov s rôznymi vlnovými dľžkami pohybujúcich sa kolineárne. Na základe výsledkov zo simulácií sme navrhli a preskúmali vhodné parametre pre experiment na femtosekundovom laser v laboratóriu PALS. Navrhnuté jedno laserové sch´ema umožňuje urýchlenie elektrónov s energetickým píkom v okolí 30 MeV s energetickým rozptylom (FWHM) 32% a priečnou emitanciou 13, 22 ?m.

Electron acceleration driven by laser wakefield and ionization-induced injection mechanism is studied in detail using the particle-in-cell code EPOCH. Different laser-plasma schemes using one or two laser pulses and different density profiles are examined with the aim to acquire highquality electron beam with small energy spread and low emittance. Simulation results show that relatively good electron beam quality can be reached (energy spread (FWHM) 23% and transverse emittance of 2.55 ?m) through two collinear propagating laser pulses with different wavelengths. On the ground of achieved simulation results we have proposed and analyzed suitable laser-plasma parameters for experimental setup for PALS laboratory experiment. Recommended single laser scheme allows acceleration of electrons with the maximal energy peak at around 30 MeV, energy spread of (FWHM) 32% and transverse beam emittance 13.22 ?m.