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Enhancement of proton acceleration and conversion efficiency by double laser pulses plasma interactions

DOI:10.1063/1.5143344 期刊:Physics of Plasmas 出版年份:2020 更新时间:2025-09-23 15:19:57
摘要: We report an ef?cient scheme to improve the proton acceleration and energy conversion ef?ciency by using double laser pulses with foil interaction. We ?nd a signi?cant increase in the peak energy, the total number, and the maximum energy of the accelerated protons for the double laser pulses with foil interaction compared to those in the single laser pulse case, while the total laser energy is kept constant. The role of the ?rst pulse (pre-pulse) is to change the target electron distribution and reduce the re?ection of succeeding laser pulse and hence enhance the laser absorption so that more energy of the second laser pulse (main pulse) is converted into the particle energy. The main pulse preferentially accelerates the slower electrons located deeper in the plasma, and it also accelerates the fast electrons due to volumetric heating. Finally, the protons are accelerated to high energy due to the laser break-out afterburner, when the target becomes relativistically transparent to the laser pulse.
作者: Obaydur Rahman,Sheng-Fei Tong,Zheng-Mao Sheng
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Investigating the enhancement of proton acceleration and conversion efficiency by double laser pulses plasma interactions.

The study demonstrates that using double laser pulses with foil interaction significantly enhances proton acceleration and energy conversion efficiency compared to single laser pulse interaction. The scheme is promising for applications requiring high-quality proton beams with high conversion efficiency, a large number of particles, and low energy spread.

The study focuses on a specific setup with a hydrogen layer target and may not cover all potential variations in laser and target parameters. The effectiveness of the scheme in practical applications outside the simulation environment is not verified.

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