水微滴中激光驱动质子加速的表征

摘要： 我们报道了一项质子加速实验，该实验采用波长为0.4微米、时间强度对比度可调的高强度激光脉冲，辐照直径20微米的水滴靶。此类水滴靶是质子加速实验中可靠且易于实现的靶型，有望应用于极高重复频率场景。通过沿激光偏振轴移动水滴来改变入射角度，我们研究了激光入射角的影响——这一与入射角耦合的位置对最大质子能量具有关键作用。中心辐照会导致激光能量向热电子的耦合效率低下，从而产生较低的最大质子能量。引入可控预脉冲可增强该构型下的热电子产生，进而获得更高质子能量。但二维粒子模拟支持我们的实验结果：当不存在额外预等离子体时，掠入射条件下甚至能获得略高的质子能量。掠入射辐照水滴时，自生电磁场会驱动热电子沿液滴表面流动，最终形成驱动质子加速的强电场。我们利用超短光学探针激光监测相互作用过程，由此观测到等离子体膨胀现象。