zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-2379Research ArticleАННОТАЦИИ АНГЛОЯЗЫЧНЫХ СТАТЕЙABSTRACTS ENGLISH-LANGUAGE ARTICLESЧисленное моделирование ускорения электрона лагерр-гауссовым лазерным полемQuantitative Modeling of Electron Acceleration in Laguerre-Gaussian Laser FieldsХарипрасадМ. С.HariprasadM. S.

школа химической инженерии и физических наук; физический факультет

Пенджаб; Пхагвара

School of Chemical Engineering and Physical Sciences; Department of Physics

Punjab; Phagwara

РаджпутДж.RajputJ.

школа химической инженерии и физических наук; физический факультет

Пенджаб; Пхагвара

School of Chemical Engineering and Physical Sciences; Department of Physics

Punjab; Phagwara

jyoti_physics@yahoo.co.inУниверситет Лавли ПрофешнлИндияLovely Professional UniversityIndiaШкола химической инженерии и физических наукИндияLovely Professional UniversityIndia2026100920269334418Copyright © Харипрасад М.С., Раджпут Д., 20262026Харипрасад М.С., Раджпут Д.Hariprasad M.S., Rajput J.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/2379

   Использование лазерных пучков Лагерра–Гаусса (ЛГ) для ускорения частиц открывает перспективный путь для развития схем лазерного ускорения. Исследовано ускорение электронов, возникающее в результате взаимодействия ЛГ-пучков с заряженными частицами. Разработана теоретическая модель для объяснения лежащих в основе механизмов ускорения, дополненная численным моделированием. Проанализирована динамика электронов в структурированных электромагнитных полях ЛГ-пучка с выявлением характерного поведения ускорения вдоль направления распространения пучка. Показано, что орбитальный угловой момент и пространственная структура поля ЛГ-пучков позволяют осуществлять контролируемое и эффективное ускорение электронов.

   The use of Laguerre–Gaussian (LG) laser beams in particle acceleration provides a promising pathway for advancing laser-driven acceleration schemes. We investigate electron acceleration resulting from the interaction of LG beams with charged particles. A comprehensive theoretical framework is formulated to elucidate the underlying acceleration mechanisms, complemented by detailed numerical simulations. The electron dynamics in the structured electromagnetic fields of the LG beam are systematically analyzed, revealing distinctive acceleration behavior along the direction of beam propagation. Our results demonstrate that the orbital angular momentum and spatial field structure of LG beams enable controlled and efficient electron acceleration. These findings highlight the potential of LG beams as a viable tool for tailored electron acceleration and contribute to the broader development of advanced laser-plasma and laser-based acceleration techniques.

ускорение электроновматематическое моделированиелазерно-электронное взаимодействиерелятивистская динамика электроновelectron accelerationmathematical modelinglaser-electron interactionrelativistic electron dynamicsВнешнее финансирование не привлекаетсяNo external funding is involvedReferencesC. Tang, K. Q. Le, C. H. Wong, Int. J. Heat Mass Transf., 149, 119172 (2020), doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.119172.C. Tang, K. Q. Le, C. H. Wong, Int. J. Heat Mass Transf., 149, 119172 (2020), doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.119172.N. Kant, J. Rajput, P. Giri, A. Singh, High Energy Density Phys., 18, 20–25 (2016), doi: 10.1016/j.hedp.2015.12.002.N. Kant, J. Rajput, P. Giri, A. Singh, High Energy Density Phys., 18, 20–25 (2016), doi: 10.1016/j.hedp.2015.12.002.J. Singh, J. Rajput, N. Kant, S. Kumar, Optik (Stuttg.), 260, 169017 (2022), doi: 10.1016/j.ijleo.2022.169017.J. Singh, J. Rajput, N. Kant, S. Kumar, Optik (Stuttg.), 260, 169017 (2022), doi: 10.1016/j.ijleo.2022.169017.A. Singh, J. Rajput, N. Kant, Laser Phys., 27, No. 11, 110001 (2017), doi: 10.1088/1555-6611/aa8759.A. Singh, J. Rajput, N. Kant, Laser Phys., 27, No. 11, 110001 (2017), doi: 10.1088/1555-6611/aa8759.K. Middha, V. Thakur, N. Kant, J. Rajput, J. Phys. Conf. Ser., 2267, No. 1, 012103 (2022), doi: 10.1088/1742-6596/2267/1/012103.K. Middha, V. Thakur, N. Kant, J. Rajput, J. Phys. Conf. Ser., 2267, No. 1, 012103 (2022), doi: 10.1088/1742-6596/2267/1/012103.T. G. Blackburn, Rev. Mod. Plasma Phys., 4, No. 1, 5 (2020), doi: 10.1007/s41614-020-0042-0.T. G. Blackburn, Rev. Mod. Plasma Phys., 4, No. 1, 5 (2020), doi: 10.1007/s41614-020-0042-0.E. Esarey, P. Sprangle, J. Krall, Phys. Rev. E, 52, No. 5, 5443–5453 (1995), doi: 10.1103/PhysRevE.52.5443.E. Esarey, P. Sprangle, J. Krall, Phys. Rev. E, 52, No. 5, 5443–5453 (1995), doi: 10.1103/PhysRevE.52.5443.P. X. Wang et al., J. Appl. Phys., 91, No. 2, 856–866 (2002), doi: 10.1063/1.1423394.P. X. Wang et al., J. Appl. Phys., 91, No. 2, 856–866 (2002), doi: 10.1063/1.1423394.K. P. Singh, Phys. Plasmas, 11, No. 3, 1164–1167 (2004), doi: 10.1063/1.1642654.K. P. Singh, Phys. Plasmas, 11, No. 3, 1164–1167 (2004), doi: 10.1063/1.1642654.V. L. Granatstein, R. K. Parker, C. M. Armstrong, Proc. IEEE, 87, No. 5, 702–716 (1999), doi: 10.1109/5.757251.V. L. Granatstein, R. K. Parker, C. M. Armstrong, Proc. IEEE, 87, No. 5, 702–716 (1999), doi: 10.1109/5.757251.V. Sharma, N. Kant, V. Thakur, J. Opt. (2024), doi: 10.1007/s12596-023-01564-5.V. Sharma, N. Kant, V. Thakur, J. Opt. (2024), doi: 10.1007/s12596-023-01564-5.M. Everett, A. Lal, D. Gordon, C. E. Clayton, K. A. Marsh, C. Joshi, Nature, 368, No. 6471, 527–529 (1994), doi: 10.1038/368527a0.M. Everett, A. Lal, D. Gordon, C. E. Clayton, K. A. Marsh, C. Joshi, Nature, 368, No. 6471, 527–529 (1994), doi: 10.1038/368527a0.A. K. Pramanik, H. S. Ghotra, N. Kant, J. Rajput, Laser Phys. Lett., 19, No. 7, 075301 (2022), doi: 10.1088/1612-202X/ac7132.A. K. Pramanik, H. S. Ghotra, N. Kant, J. Rajput, Laser Phys. Lett., 19, No. 7, 075301 (2022), doi: 10.1088/1612-202X/ac7132.E. Esarey, M. Pilloff, Phys. Plasmas, 2, No. 5, 1432–1436 (1995), doi: 10.1063/1.871358.E. Esarey, M. Pilloff, Phys. Plasmas, 2, No. 5, 1432–1436 (1995), doi: 10.1063/1.871358.J. B. Rosenzweig, B. Breizman, T. Katsouleas, J. J. Su, Phys. Rev. A, 44, No. 10, R6189–R6192 (1991), doi: 10.1103/PhysRevA.44.R6189.J. B. Rosenzweig, B. Breizman, T. Katsouleas, J. J. Su, Phys. Rev. A, 44, No. 10, R6189–R6192 (1991), doi: 10.1103/PhysRevA.44.R6189.J. Rajput, A. K. Pramanik, J. Opt. (2024), doi: 10.1007/s12596-024-02214-0.J. Rajput, A. K. Pramanik, J. Opt. (2024), doi: 10.1007/s12596-024-02214-0.N. Zaïm, M. Thévenet, A. Lifschitz, J. Faure, Phys. Rev. Lett., 119, No. 9, 094801 (2017), doi: 10.1103/PhysRevLett.119.094801.N. Zaïm, M. Thévenet, A. Lifschitz, J. Faure, Phys. Rev. Lett., 119, No. 9, 094801 (2017), doi: 10.1103/PhysRevLett.119.094801.M. Kaur, D. N. Gupta, IEEE Trans. Plasma Sci., 45, No. 10, 2841–2847 (2017), doi: 10.1109/TPS.2017.2740344.M. Kaur, D. N. Gupta, IEEE Trans. Plasma Sci., 45, No. 10, 2841–2847 (2017), doi: 10.1109/TPS.2017.2740344.J. Vieira, C.-K. Huang, W. B. Mori, L. O. Silva, Phys. Rev. Spec. Top. – Accel. Beams, 14, No. 7, 071303 (2011), doi: 10.1103/PhysRevSTAB.14.071303.J. Vieira, C.-K. Huang, W. B. Mori, L. O. Silva, Phys. Rev. Spec. Top. – Accel. Beams, 14, No. 7, 071303 (2011), doi: 10.1103/PhysRevSTAB.14.071303.R. Dorn, S. Quabis, G. Leuchs, Phys. Rev. Lett., 91, No. 23, 233901 (2003), doi: 10.1103/PhysRevLett.91.233901.R. Dorn, S. Quabis, G. Leuchs, Phys. Rev. Lett., 91, No. 23, 233901 (2003), doi: 10.1103/PhysRevLett.91.233901.C. Varin et al., Appl. Sci., 3, No. 1, 70–93 (2013), doi: 10.3390/app3010070.C. Varin et al., Appl. Sci., 3, No. 1, 70–93 (2013), doi: 10.3390/app3010070.O. Culfa, S. Sagir, I. Satilmis, Plasma Phys. Control. Fusion, 65, No. 8, 085019 (2023), doi: 10.1088/1361-6587/acdaf4.O. Culfa, S. Sagir, I. Satilmis, Plasma Phys. Control. Fusion, 65, No. 8, 085019 (2023), doi: 10.1088/1361-6587/acdaf4.Y. Cai, S. He, Appl. Phys. B, 84, No. 3, 493–500 (2006), doi: 10.1007/s00340-006-2321-z.Y. Cai, S. He, Appl. Phys. B, 84, No. 3, 493–500 (2006), doi: 10.1007/s00340-006-2321-z.Z.-C. Shen et al., Chin. Phys. B, 26, No. 11, 115204 (2017), doi: 10.1088/1674-1056/26/11/115204.Z.-C. Shen et al., Chin. Phys. B, 26, No. 11, 115204 (2017), doi: 10.1088/1674-1056/26/11/115204.L. Yi-Dong, G. Chun-Qing, G. Ming-Wei, Chin. Phys. B, 17, No. 5, 1769–1776 (2008), doi: 10.1088/1674-1056/17/5/037.L. Yi-Dong, G. Chun-Qing, G. Ming-Wei, Chin. Phys. B, 17, No. 5, 1769–1776 (2008), doi: 10.1088/1674-1056/17/5/037.Y. Zhang, Appl. Opt., 49, No. 32, 6217 (2010), doi: 10.1364/AO.49.006217.Y. Zhang, Appl. Opt., 49, No. 32, 6217 (2010), doi: 10.1364/AO.49.006217.H. Akou, A. S. Firouzjaei, Phys. Plasmas, 27, No. 9 (2020), doi: 10.1063/5.0015456.H. Akou, A. S. Firouzjaei, Phys. Plasmas, 27, No. 9 (2020), doi: 10.1063/5.0015456.D. B. Zou et al., Phys. Plasmas, 26, No. 12 (2019), doi: 10.1063/1.5096902.D. B. Zou et al., Phys. Plasmas, 26, No. 12 (2019), doi: 10.1063/1.5096902.S. Punia, H. K. Malik, Results Phys., 18, 103216 (2020), doi: 10.1016/j.rinp.2020.103216.S. Punia, H. K. Malik, Results Phys., 18, 103216 (2020), doi: 10.1016/j.rinp.2020.103216.Z. G. Zhao, B. Da Lü, Chin. Phys., 15, No. 5, 1022–1027 (2006), doi: 10.1088/1009-1963/15/5/026.Z. G. Zhao, B. Da Lü, Chin. Phys., 15, No. 5, 1022–1027 (2006), doi: 10.1088/1009-1963/15/5/026.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.