kHz単一サイクル光パルスによって駆動される相対論的電子ビーム

レーザープラズマ加速は、電子を非常に短い距離で高いエネルギーに加速する新技術である。加速された電子バンチの持続時間はフェムト秒であるため、超高速イメージングやフェムト秒X線生成などの応用に特に適している。現在のレーザープラズマ加速では、ジュール級のレーザーシステムを用いて100 MeV～数GeVの電子が得られている。そうしたシステムは、比較的規模が大きく、繰り返し率が低く、よくても毎秒数ショットである。それでも、レーザープラズマ加速技術がもっと高い繰り返し率まで拡張されれば、より低い電子エネルギーを必要とする用途に極めて有用であると思われる。今回我々は、単一サイクルレーザーパルスを用いて、高品質のMeV相対論的電子ビームを駆動することによって、レーザーシステムのkHz動作と劇的な小型化を可能にしている。数値シミュレーションによって、電子バンチ長がわずか約1 fsであることが示されている。我々は、こうしたkHzフェムト秒相対論的電子線源の出現によって、例えば10 fs未満というかつてない分解能での物質の超高速電子線回折など、影響の広い応用への道が開かれると予想している。