Gas-filled capillary discharge waveguides are commonly used as media for plasma wakefield accelerators. We show that effective waveguides can be manufactured using a femtosecond laser micromachining technique to produce a linearly tapered plasma density, which enables the energy of the accelerator to be enhanced significantly. A laser guiding efficiency in excess of 82% at sub-relativistic intensities has been demonstrated in a 40 mm long capillary with a diameter tapering from 320 μm to 270 μm, which gives rise to an on-axis, time-averaged plasma density that varies from 1.0 × 1018 cm−3 to 1.6 × 1018 cm−3.
REFERENCES
1.
E.
Esarey
, C. B.
Schroeder
, and W. P.
Leemans
, Rev. Mod. Phys.
81
, 1229
(2009
). 2.
S. M.
Wiggins
, R. C.
Issac
, G. H.
Welsh
, E.
Brunetti
, R. P.
Shanks
, M. P.
Anania
, S.
Cipiccia
, G. G.
Manahan
, C.
Aniculaesei
, B.
Ersfeld
et al., Plasma Phys. Controlled Fusion
52
, 124032
(2010
). 3.
W. P.
Leemans
, B.
Nagler
, A. J.
Gonsalves
, Cs.
Toth
, K.
Nakamura
, C. G. R.
Geddes
, E.
Esarey
, C. B.
Schroeder
, and S. M.
Hooker
, Nature Phys.
2
, 696
(2006
). 4.
T. P. A.
Ibbotson
, N.
Bourgeois
, T. P.
Rowlands-Rees
, L. S.
Caballero
, S. I.
Bajlekov
, P. A.
Walker
, S.
Kneip
, S. P. D.
Mangles
, S. R.
Nagel
, C. A. J.
Palmer
et al., New J. Phys.
12
, 045008
(2010
). 5.
D. J.
Spence
and S. M.
Hooker
, Phys. Rev. E
63
, 015401
(2001
). 6.
W.
Lu
, M.
Tzoufras
, C.
Joshi
, F. S.
Tsung
, W. B.
Mori
, J.
Vieira
, R. A.
Fonseca
, and L. O.
Silva
, Phys. Rev. ST Accel. Beams
10
, 061301
(2007
). 7.
T.
Katsouleas
, Phys. Rev. A
33
, 2056
(1986
). 8.
P.
Sprangle
, J. R.
Penano
, B.
Hafizi
, R. F.
Hubbard
, A.
Ting
, D. F.
Gordon
, A.
Zigler
, and T. M.
Antonsen
, Jr., Phys. Plasmas
9
, 2364
(2002
). 9.
W.
Rittershofer
, C. B.
Schroeder
, E.
Esarey
, F. J.
Grüner
, and W. P.
Leemans
, Phys. Plasmas
17
, 063104
(2010
). 10.
D.
Kaganovich
, P.
Sasorov
, C.
Cohen
, and A.
Zigler
, Appl. Phys. Lett.
75
, 772
(1999
). 11.
C.
McGuffey
, M.
Levin
, T.
Matsuoka
, V.
Chvykov
, G.
Kalintchenko
, P.
Rousseau
, V.
Yanovsky
, A.
Zigler
, A.
Maksimchuk
, and K.
Krushelnick
, Phys. Plasmas
16
, 113105
(2009
). 12.
S. M.
Wiggins
, M. P.
Reijnders
, S.
Abuazoum
, K.
Hart
, G. H.
Welsh
, R. C.
Issac
, D. R.
Jones
, and D. A.
Jaroszynski
, Rev. Sci. Instrum.
82
, 096104
(2011
). 13.
D. A.
Jaroszynski
, R.
Bingham
, E.
Brunetti
, B.
Ersfeld
, J.
Gallacher
, B.
van der Geer
, R.
Issac
, S. P.
Jamison
, D.
Jones
et al., Philos. Trans. R. Soc. A
364
, 689
(2006
). 14.
S.
Abuazoum
, S. M.
Wiggins
, R. C.
Issac
, G. H.
Welsh
, G.
Vieux
, M.
Ganciu
, and D. A.
Jaroszynski
, Rev. Sci. Instrum.
82
, 063505
(2011
). 15.
J.
Ashkenazy
, R.
Kipper
, and M.
Caner
, Phys. Rev. A
43
, 5568
(1991
). 16.
N. A.
Brobova
, A. A.
Esaulov
, J.-I.
Sakai
, P. V.
Sasorov
, D. J.
Spence
, A.
Butler
, S. M.
Hooker
, and S. V.
Bulanov
, Phys. Rev. E
65
, 016407
(2001
). 17.
18.
H.
Hora
and H.
Wilhelm
, Nucl. Fusion
10
, 111
(1970
). 19.
T. P.
Rowlands-Rees
, C.
Kamperidis
, S.
Kneip
, A. J.
Gonsalves
, S. P. D.
Mangles
, J. G.
Gallacher
, E.
Brunetti
, T.
Ibbotson
, C. D.
Murphy
, P. S.
Foster
et al., Phys. Rev. Lett.
100
, 105005
(2008
). 20.
G.
Vieux
, A.
Lyachev
, X.
Yang
, B.
Ersfeld
, J. P.
Farmer
, E.
Brunetti
, R. C.
Issac
, G.
Raj
, G. H.
Welsh
, S. M.
Wiggins
et al., New J. Phys.
13
, 063042
(2011
). © 2012 American Institute of Physics.
2012
American Institute of Physics
You do not currently have access to this content.
