نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه فیزیک و فوتونیک، دانشگاه ملایر، ملایر

2 پژوهشکده پلاسما و گداخت هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، تهران

3 پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای- پژوهشکده پلاسما و گداخت هسته ای

چکیده

در این مقاله، سازوکار برهمکنش تک پالس تجمیعی و دو پالس متقابل لیزر، که دامنه میدان کل با نسبت‌های مختلفی بین دو پالس تقسیم شده است، با پلاسمای با چگالی نزدیک بحرانی، با استفاده از شبیه سازی 1D3V ذره در سلول بررسی می‌شود. بخصوص، وابستگی ویژگی‌های اصلی دسته فوتون‌های گسیلی به چگونگی تسهیم دامنه میدان مورد بررسی و با حالت متداول تک پالس تجمیعی مقایسه می‌گردد. در حالت برهمکنش پالس‏های متقابل، به‌دلیل پدیده پراکندگی غیر خطی کامپتون معکوس، بیشترین میزان فوتون در لحظات برخورد دو پالس با هم گسیل می‌گردد. میزان جهت‌مندی فوتون‌های گسیل شده در راستای انتشار پالس/پالس‌ها، در حالت پالس‌های متقابل همسان در حالت حداکثر و در حالت پالس مجموع به حداقل می‏رسد، و هر چه اختلاف تسهیم میدان‌ها بیشتر باشد به حالت تک پالس تجمیعی نزدیک‌تر است. این در حالیست که، بزرگترین انرژی قطع الکترونی، گسیلنده‌ها، به ترتیب متعلق به حالت پالس‏های متقابل لیزر با نسبت‌های میدان 9/0: 1/0 و 8/0: 2/0 است و حالت 5/0: 5/0 کمترین مقدار را دارد. در توافق با این پدیده، بزرگترین انرژی قطع فوتون‌ها نیز به حالت پالس‌های متقابل 9/0: و 1/0 تعلق دارد. همچنین، انرژی جذب شده توسط الکترون‌ها و فوتون‌ها نسبت مستقیمی با انرژی الکترومغناطیس تزریق شده به سیستم دارد که در حالت تک پالس بیشترین مقدار را دارد ولی میزان کل تابش الکترومغناطیس در حالت دو پالس متقابل بیشترین مقدار را دارا است.نتایج این تحقیق می‌تواند در بهینه‌سازی گسیل فوتون در برهمکنش لیزرهای فوق پرتوان با پلاسما، به اهداف کاربردی، مفید واقع گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Photon emission in counter-propagating laser pulses with different field ratios interaction with near critical density plasma

نویسندگان [English]

  • Zahra Rostami 1
  • Masoud Pishdast 2
  • Jamalaldin YazdanPanah 3
  • Masoud Rezvani Jalal 1

1 Department of physics and Photonics, Malayer University, Malayer

2 Plasma and nuclear Fusion Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, Tehran

3 Plasma and Nuclear Fusion Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute

چکیده [English]

In this paper the mechanism of interaction of a single collective laser pulse and also two counter-propagating laser pulses (which the total field amplitude is divided between them by different ratios) with a plasma of near-critical density is investigated using a 1D3V PIC simulation. Especially, dependence of main properties of the emitted photon bunch on the amplitude ratio is investigated and is compared with the single collective pulse. In the case of counter-propagating pulses, due to nonlinear inverse Compton scattering, maximum number of the photons are emitted at the first stage of the collision of the two pulses. Directionality of the emitted photons in the propagation direction of the pulse/pulses is maximum for counter-propagating pulses and is minimum for the single collective pulse, and the more difference between the divided field amplitudes results in nearer results to the single collective pulse. However, the maximum electron energy-cut and emitter number belong to the counter-propagating pulses with field ratios 0.9:0.1 and 0.8:0.2, respectively, and the ratio 0.5:0.5 has the minimal value. In accordance to this phenomenon, the maximum value of the energy-cut is related to the counter-pulses 0.9 and 0.1. Moreover, total absorbed energy by electrons and photons is directly related to the injected electromagnetic energy into the system which is maximum for the single pulse but the total value of the electromagnetic radiation is maximum for the counter-propagating pulses. Results of the present investigation can be useful for the optimization of high-power lasers interaction with plasmas and its applications.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Laser-Plasma Interaction
  • Photon Radiation
  • Counter-Propagating laser Pulses
  • Different Filed Ratios