控制电子加热以实现最优激光辐射压离子加速的研究

我们研究了强激光与固体相互作用中电子加热的起始及其对辐射压加速离子在打孔和光帆两种机制下能谱质量的影响。我们在广泛的激光和靶参数范围内进行了二维和三维粒子模拟（PIC），揭示了脉冲持续时间、轮廓、偏振和靶表面稳定性如何控制电子加热、主导的离子加速机制以及离子能谱。我们发现，强电子加热的起始与靶前表面类瑞利-泰勒不稳定性的增长相关，并且即使采用圆偏振激光，也必须控制这种不稳定性才能产生高质量的离子束。我们定义了一个激光脉冲最大持续时间的阈值条件，该条件允许抑制电子加热并通过辐射压加速产生窄能散离子束。该模型通过三维PIC模拟得到验证，并且少数报道了低能散辐射压加速离子束的实验研究似乎满足所推导的标准。我们的工作所提供的理解对于指导未来的实验发展至关重要，例如，对于在先进激光设施上即将可用的超短激光脉冲，我们预测可以产生约150-250 MeV、约30%能散、总激光到质子转换效率约20%的质子束。