Quasimonoenergetic electron beams with relativistic energies and ultrashort duration from laser-solid interactions at 0.5 kHz

International audienceWe investigate the production of electron beams from the interaction of relativistically-intense laser pulses with a solid-density SiO2 target in a regime where the laser pulse energy is -mJ and the repetition rate -kHz. The electron beam spatial distribution and spectrum were investigated as a function of the plasma scale length, which was varied by deliberately introducing a moderate-intensity prepulse. At the optimum scale length of λ/2, the electrons are emitted in a collimated beam having a quasimonoenergetic distribution that peaked at -0.8MeV. A highly reproducible structure in the spatial distribution exhibits an evacuation of electrons along the laser specular direction and suggests that the electron beam duration is comparable to that of the laser pulse. Particle-in-cell simulations which are in good agreement with the experimental results offer insights on the acceleration mechanism by the laser field. © 2009 The American Physical Society

Modélisation réaliste de l'instabilité de diffusion brillouin stimulée.

Realistic modeling of the Stimulated Brillouin Scattering: To describe stimulated Brillouin scattering with the goal of a future predictive modeling in a large scale expanding plasma, we used a method based on a decomposition of the various functions characterizing the plasma into their long- and short wavelength components. It makes it possible to describe self-consistently the interplay between the plasma hydrodynamics , the propagation of the laser, the stimulated Brillouin scattering and the generation of the harmonics of the exited Ion Acoustic Wave. Using a benchmark in 1D and 2D between this method and a "complete" code without decomposition neither in hydrodynamics nor in the electromagnetic field, this methode proves to be very efficient in terms of computing time and very reliable. We also show a comparison between 2D simulations and LULI experiments with smoothed and single speckle laser beams in which we find similar level of reflectivity and the same localization in time and space of the SBS driven IAW. A possible extension of this fluid model to include ion kinetic effects is proposed, and the consequence on the decay of the SBS driven IAW in long-wavelength IAW is studied by comparisons between PIC -Hybrid simulations and fluid simulations.Afin de décrire l'instabilité de Diffusion Brillouin Stimulée dans un plasma "réaliste", c'est à dire inhomogène et de grande taille, on utilise une méthode basée sur une décomposition des différentes quantités caractérisant le plasma en leur composantes de grandes et de courtes longueurs d'ondes. Cette méthode permet de décrire simultanément et de manière efficace: l'évolution hydrodynamique du plasma, la propagation du faisceau laser, la diffusion Brillouin et la génération des harmoniques de l'onde excitée. Une comparaison en 1D et 2D avec une méthode ne faisant pas cette séparation d'échelles montre que cette décomposition en harmoniques est très efficace numériquement et très fiable. Une confrontation avec des résultats expérimentaux obtenus au Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers Intenses montrent un bon accord sur les taux de réflectivité moyens ainsi que sur la localisation des ondes sonores. Une extension de ce modèle fluide pour introduire les effets cinétiques ioniques et leurs conséquences sur la désintégration vers les composantes de grandes longueurs d'ondes est aussi étudiée par des comparaisons avec des simulations PIC-Hybrid (ions particules/électrons fluides)