Physics of colliding laser pulses in underdense plasmas

We report on recent experimental results on electron acceleration using two counter-propagating ultrashort and ultraintense laser pulses. At the collision, the two pulses drive a standing wave which is able to pre-accelerate plasma electrons which can then be trapped in the plasma wave. Optical diagnostics of the collision reveal signatures of this standing wave. Electron acceleration results in this regime are reviewed: the use of colliding pulses enables the generation of stable, tunable and high quality electron beams at the 100–200 MeV level. Detailed comparisons with 3D Particle in Cell (PIC) simulations give deeper insight on the role of the nonlinear propagation of the pump pulse on the performance of the accelerator. This deeper understanding has allowed us to optimize the beam charge of the accelerator at high energy. To cite this article: J. Faure et al., C. R. Physique 10 (2009).

RésuméDes résultats récents sur l'accélération d'électrons par collision d'impulsions laser intenses et contre propagatives sont présentés. À la collision, l'interférence des deux impulsions conduit à la génération d'une onde stationnaire qui pré-accélère les électrons du plasma qui, par la suite pourront être piégés dans l'onde de sillage. Les diagnostics optiques de la région de collision mettent en évidence des signatures de la présence de cette onde stationnaire. Une revue des résultats d'accélération d'électrons est ensuite présentée : l'utilisation de la technique d'injection par collision d'impulsions permet la production de faisceaux d'électrons stables, réglables et de haute qualité dans la gamme d'énergie 100–200 MeV. Les simulations PIC en trois dimensions révèlent le rôle important de la dynamique nonlinéaire de la propagation du faisceau pompe et son impact sur les performances de l'accélérateur. La prise en compte de ces effets nous a permis d'optimiser la charge à haute énergie du faisceau d'électrons. Pour citer cet article : J. Faure et al., C. R. Physique 10 (2009).