Generation of isolated and polarized γ-ray pulse by few-cycle laser irradiating a nanofoil

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作者
Liang-Qi Zhang,Ke Liu,Suo Tang,Wen Luo,Jie Zhao,Hao Zhang,Tong-Pu Yu
出处
期刊:Plasma Physics and Controlled Fusion [IOP Publishing]
卷期号:64 (10): 105011-105011 被引量:2
标识
DOI:10.1088/1361-6587/ac85a7
摘要

Abstract An isolated ultra-short γ -ray pulse is a unique tool for measuring ultrafast-physics processes, such as imaging intra-nuclear dynamics and inner-shell electron dynamics. Here, we propose an all-optical efficient scheme for generating isolated ultra-short γ -ray pulse from a laser-driven nanofoil. When a few-cycle circularly polarized laser pulse with an intensity of 10 22 W cm −2 irradiates a nanofoil, the electrons in the nanofoil are pushed forwards collectively, forming a single relativistic electron sheet (RES) with a charge of nC. The electrons are substantially accelerated to high energies by the super-ponderomotive force of the laser. Then, a counter-propagating laser pulse with a peak intensity of 10 21 W cm −2 collides with the RES, resulting in the generation of an isolated sub-femtosecond γ -ray pulse via nonlinear Compton scattering. The effect of laser polarization on the polarization degree of γ -rays is investigated by using a proof-of-principle calculation. It is shown that a highly polarized isolated γ -ray pulse with a cut-off energy of 100 MeV can eventually be generated in a head-on collision configuration when the scattering laser is linearly polarized. Such an isolated ultra-short polarized γ -ray source would provide critical applications in high-energy physics, laboratory astrophysics and nuclear physics.

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