Генерация интенсивного когерентного электромагнитного излучения при взаимодействии мультитераваттного лазерного импульса с нанопроволочной мишеньюстатья
Статья опубликована в журнале из списка RSCI Web of Science
Статья опубликована в журнале из перечня ВАК
Статья опубликована в журнале из списка Web of Science и/или Scopus
Дата последнего поиска статьи во внешних источниках: 4 марта 2022 г.
Аннотация:Исследована генерация когерентного излучения инфракрасного и терагерцевого диапазонов при продольном взаимодействии мультитераваттного лазерного импульса с нанопроволочной мишенью. В процессе взаимодействия плотные сгустки электронов вытесняются из мишени и ускоряются в поле лазера, генерируя при этом интенсивное электромагнитное излучение. В зависимости от длительности и формы лазерного импульса могут быть реализованы три режима взаимодействия. В первом режиме лазерный импульс достаточно длинный (десятки и сотни фемтосекунд), и электроны вытесняются из мишени лишь частично. Характеристики низкочастотной части формируемого излучения определяются в этом случае длительностью лазерного импульса, а также его амплитудой и параметрами мишени (геометрическими размерами и концентрацией электронов). Во втором режиме лазерный импульс имеет большую амплитуду и крутой фронт (амплитуда первой полуволны порядка максимальной амплитуды импульса), в результате большая часть электронов вытесняется из мишени уже в начальный момент взаимодействия. В этом режиме могут формироваться однополярные и двуполярные импульсы с длительностью в десятки лазерных периодов. Изменение длины мишени позволяет контролировать длительность периода и их количество в формируемом излучении. Наконец, в промежуточном режиме коротких лазерных импульсов с недостаточно крутым фронтом могут возникать колебания сформированных сгустков электронов в макроскопическом кулоновском поле притяжения заряженной мишени, что приводит к излучению с частотой, в несколько раз меньшей частоты лазера. При этом импульсы излучения содержат несколько периодов с уменьшающейся амплитудой и увеличивающейся частотой. С помощью численного моделирования найдены характеристики инфракрасного и терагерцевого излучения в трех режимах взаимодействия, в частности определены формы импульсов, диапазоны частот, амплитуды и угловые распределения. Показано, что амплитуда формируемого излучения может достигать субрелятивистских и релятивистских значений (напряженность поля более 1 ТВ/м), а эффективность преобразования по энергии быть порядка одного процента.