Ускорение электронов при взаимодействии субтераваттного лазерного импульса с неоднородной плазмой

Рассмотрено влияние нелинейных процессов самофокусировки и самомодуляции на ускорение электронов при взаимодействии фемтосекундного лазерного импульса субтераваттной мощности с плазмой газовой струи. Проведенное трехмерное моделирование методом "частиц в ячейке" (3D PIC) взаимодействия лазерного излучения с малоплотной неоднородной плазмой показало, что самофокусировка лазерного импульса, возникающая при превышении его мощностью критической мощности релятивистской самофокусировки, определяемой локальной концентрацией электронов плазмы, ведет к эффективной генерации плазменной волны. Благодаря уменьшению фазовой скорости кильватерной плазменной волны, генерируемой в режиме самомодуляции лазерного импульса, происходит захват электронов в ускоряющую фазу плазменной волны и их ускорение до энергий ~10 МэВ. Продемонстрировано, что в условиях ограничения области ускорения электронов длиной их дефазировки могут образовываться квазимоноэнергетические электронные сгустки с характерной энергией ~9 МэВ. Эффективная температура ускоренных электронов и их угловое распределение, полученные при 3D PIC-моделировании, хорошо соответствуют определенным в эксперименте.