Understanding the scaling of laser wakefield acceleration (LWFA) is crucial to the design of potential future systems. A number of computational and theoretical studies have predicted scalings with laser power for various parameters, but experimental studies have typically been limited to small parameter ranges. Here, we detail extensive measurements of LWFA experiments conducted over a considerable range in power from 20 to 110 TW, which allows for a greater plasma density range and for a large number of data points. These measurements include scalings of the electron beam charge and maximum energy as functions of density as well as injection threshold density, beam charge, and total beam energy as functions of laser power. The observed scalings are consistent with theoretical understandings of operation in the bubble regime.

1.
T.
Tajima
and
J.
Dawson
,
Phys. Rev. Lett.
43
,
267
(
1979
).
2.
S. P. D.
Mangles
,
C. D.
Murphy
,
Z.
Najmudin
,
A. G. R.
Thomas
,
J. L.
Collier
,
A. E.
Dangor
,
E. J.
Divall
,
P. S.
Foster
,
J. G.
Gallacher
,
C. J.
Hooker
,
D. A.
Jaroszynski
,
A. J.
Langley
,
W. B.
Mori
,
P. A.
Norreys
,
F. S.
Tsung
,
R.
Viskup
,
B. R.
Walton
, and
K.
Krushelnick
,
Nature
431
,
535
(
2004
).
3.
C. G. R.
Geddes
,
C.
Toth
,
J.
van Tilborg
,
E.
Esarey
,
C. B.
Schroeder
,
D.
Bruhwiler
,
C.
Nieter
,
J.
Cary
, and
W. P.
Leemans
,
Nature
431
,
538
(
2004
).
4.
J.
Faure
,
Y.
Glinec
,
A.
Pukhov
,
S.
Kiselev
,
S.
Gordienko
,
E.
Lefebvre
,
J.
Rousseau
,
F.
Burgy
, and
V.
Malka
,
Nature
431
,
541
(
2004
).
5.
G. Z.
Sun
,
E.
Ott
,
Y. C.
Lee
, and
P.
Guzdar
,
Phys. Fluids
30
,
526
(
1987
).
6.
A.
Pukhov
and
J.
Meyer-ter Vehn
,
Appl. Phys. B
74
,
355
(
2002
).
7.
I.
Kostyukov
,
A.
Pukhov
, and
S.
Kiselev
,
Phys. Plasmas
11
,
5256
(
2004
).
8.
A.
Pukhov
,
S.
Gordienko
,
S.
Kiselev
, and
I.
Kostyukov
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
46
,
B179
(
2004
).
9.
W.
Lu
,
C.
Huang
,
M.
Zhou
,
M.
Tzoufras
,
F. S.
Tsung
,
W. B.
Mori
, and
T.
Katsouleas
,
Phys. Plasmas
13
,
056709
(
2006
).
10.
S.
Gordienko
and
A.
Pukhov
,
Phys. Plasmas
12
,
043109
(
2005
).
11.
W.
Lu
,
C.
Huang
,
M.
Zhou
,
W. B.
Mori
, and
T.
Katsouleas
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
165002
(
2006
).
12.
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
).
13.
J.
Osterhoff
,
A.
Popp
,
Z.
Major
,
B.
Marx
,
T. P.
Rowlands-Rees
,
M.
Fuchs
,
M.
Geissler
,
R.
Hörlein
,
B.
Hidding
,
S.
Becker
,
E. A.
Peralta
,
U.
Schramm
,
F.
Grüner
,
D.
Habs
,
F.
Krausz
,
S. M.
Hooker
, and
S.
Karsch
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
085002
(
2008
).
14.
S.
Kneip
,
S. R.
Nagel
,
S. F.
Martins
,
S. P. D.
Mangles
,
C.
Bellei
,
O.
Chekhlov
,
R. J.
Clarke
,
N.
Delerue
,
E. J.
Divall
,
G.
Doucas
,
K.
Ertel
,
F.
Fiuza
,
R.
Fonseca
,
P.
Foster
,
S. J.
Hawkes
,
C. J.
Hooker
,
K.
Krushelnick
,
W. B.
Mori
,
C. A. J.
Palmer
,
K. T.
Phuoc
,
P. P.
Rajeev
,
J.
Schreiber
,
M. J. V.
Streeter
,
D.
Urner
,
J.
Vieira
,
L. O.
Silva
, and
Z.
Najmudin
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
035002
(
2009
).
15.
A.
Pak
,
K. A.
Marsh
,
S. F.
Martins
,
W.
Lu
,
W. B.
Mori
, and
C.
Joshi
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
025003
(
2010
).
16.
C.
McGuffey
,
A. G. R.
Thomas
,
W.
Schumaker
,
T.
Matsuoka
,
V.
Chvykov
,
F. J.
Dollar
,
G.
Kalintchenko
,
V.
Yanovsky
,
A.
Maksimchuk
,
K.
Krushelnick
,
V.
Yu Bychenkov
,
I. V.
Glazyrin
, and
A. V.
Karpeev
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
025004
(
2010
).
17.
F. S.
Tsung
,
W.
Lu
,
M.
Tzoufras
 et al.,
Phys. Plasmas
13
,
056708
(
2006
).
18.
F. S.
Tsung
,
R.
Narang
,
W. B.
Mori
 et al.,
Phys. Rev. Lett.
93
,
185002
(
2004
).
19.
S.
Mangles
,
A.
Thomas
,
C.
Bellei
,
A.
Dangor
,
C.
Kamperidis
,
S.
Kneip
,
S.
Nagel
,
L.
Willingale
, and
Z.
Najmudin
,
IEEE Trans. Plasma Sci.
36
,
1715
(
2008
).
20.
S. P. D.
Mangles
,
A. G. R.
Thomas
,
O.
Lundh
,
F.
Lindau
,
M. C.
Kaluza
,
A.
Persson
,
C.-G.
Wahlström
,
K.
Krushelnick
, and
Z.
Najmudin
,
Phys. Plasmas
14
,
056702
(
2007
).
21.
A. G. R.
Thomas
,
Phys. Plasmas
17
,
056708
(
2010
).
22.
D. H.
Froula
,
C. E.
Clayton
,
T.
Döppner
,
K. A.
Marsh
,
C. P. J.
Barty
,
L.
Divol
,
R. A.
Fonseca
,
S. H.
Glenzer
,
C.
Joshi
,
W.
Lu
,
S. F.
Martins
,
P.
Michel
,
W. B.
Mori
,
J. P.
Palastro
,
B. B.
Pollock
,
A.
Pak
,
J. E.
Ralph
,
J. S.
Ross
,
C. W.
Siders
,
L. O.
Silva
, and
T.
Wang
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
215006
(
2009
).
23.
I.
Kostyukov
,
E.
Nerush
,
A.
Pukhov
, and
V.
Seredov
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
175003
(
2009
).
24.
I.
Kostyukov
,
E.
Nerush
,
A.
Pukhov
, and
V.
Seredov
,
New J. Phys.
12
,
045009
(
2010
).
25.
M.
Tzoufras
,
W.
Lu
,
F. S.
Tsung
,
C.
Huang
,
W. B.
Mori
,
T.
Katsouleas
,
J.
Vieira
,
R. A.
Fonseca
, and
L. O.
Silva
,
Phys. Plasmas
16
,
056705
(
2009
).
26.
T.
Matsuoka
,
C.
McGuffey
,
P. G.
Cummings
,
Y.
Horovitz
,
F.
Dollar
,
V.
Chvykov
,
G.
Kalintchenko
,
P.
Rousseau
,
V.
Yanovsky
,
S. S.
Bulanov
,
A. G. R.
Thomas
,
A.
Maksimchuk
, and
K.
Krushelnick
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
034801
(
2010
).
You do not currently have access to this content.