Эффект перекрестной фокусировки при генерации терагерцового излучения биениями двух q-гауссовых лазерных пучков

Исследована генерация когерентного терагерцового (ТГц) излучения при нелинейном взаимодействии пары коаксиальных q-гауссовых лазерных пучков с недостаточно плотной плазмой. Вследствие релятивистского увеличения массы электронов под действием интенсивных полей лазерного луча возникающая в результате оптическая нелинейность плазмы приводит к перекрестной фокусировке лазерных лучей. Из-за нелинейного взаимодействия между двумя лазерными лучами колебания электронов плазмы также содержат частотную составляющую на частоте биения и генерируют нелинейную плотность тока на частоте, равной разности частот падающих лазерных лучей. Нелинейная плотность тока действует как источник когерентного ТГц-излучения. Из нелинейного волнового уравнения Шрёдингера с помощью вариационной теории получен набор связанных дифференциальных уравнений, определяющих эволюцию ширины пучка лазерных лучей и интенсивности ТГц-излучения с продольным расстоянием. Полученные уравнения решены численно для определения влияния параметров лазера и плазмы на интенсивность генерируемого ТГц-излучения. 

1. J. H. Son, S. J. Oh, H. Cheon, J. Appl. Phys., 125, 190901 (2019).

2. A. I. Nikitkina, P. Y. Bikmulina, E. R. Gafarova, N. V. Kosheleva, Y. M. Efremov, E. A. Bezrukov, D. V. Butnaru, I. N. Dolganova, N. V. Chernomyrdin, O. P. Cherkasova, A. A. Gavdush, J. Biomed. Opt., 26, 043005 (2021).

3. R. Gente, M. Koch, Plant Methods, 11, 1 (2015).

4. A. G. Davies, A. D. Burnett, W. Fan, E. H. Linfield, J. E. Cunningham, Mater. Today, 11, 18 (2008).

5. K. Kawase, Opt. Photon. News, 15, 34 (2004).

6. I. Dey, K. Jana, V. F. Fedorov, A. D. Koulouklidis, A. Mondal, M. Shaikh, D. Sarkar, A. D. Lad, S. Tzortzakis, A. Couairon, G. R. Kumar, Nature Commun., 8, 1 (2017).

7. J. Shan, T. F. Heinz, Top. Appl. Phys., 92, 1 (2004).

8. D. A. Jaroszynski, R. Bingham, E. Brunetti, B. Ersfeld, J. Gallacher, B. Der Geer, R. Issac, S. P. Jamison, D. Jones, M. De Loos, A. Lyachev, Phil. Trans. R. Soc. A, 364, 689 (2006).

9. P. K. Patel, M. H. Key, A. J. Mackinnon, R. Berry, M. Borghesi, D. M. Chambers, H. Chen, R. Clarke, C. Damian, R. Eagleton, R. Freeman, S. Glenzer, G. Gregori, R. Heathcote, D. Hey, N. Izumi, S. Kar, J. King, A. Nikroo, A. Niles, H. S. Park, J. Pasley, N. Patel, R. Shepherd, R. A. Snavely, D. Steinman, C. Stoeckl, M. Storm, W. Theobald, R. Town, R. Van Maren, S. C. Wilks, B. Zhang, Plasma Phys. Controll. Fusion, 47, B833 (2005).

10. M. Nakatsutsumi, J. R. Davies, R. Kodama, J. S. Green, K. L. Lancaster, K. U. Akli, F. N. Beg, S. N. Chen, D. Clark, R. R. Freeman, C. D. Gregory, H. Habara, R. Heathcote, D. S. Hey, K. Highbarger, P. Jaanimagi, M. H. Key, K. Krushelnick, T. Ma, A. MacPhee, A. J. MacKinnon, H. Nakamura, R. B. Stephens, M. Storm, M. Tampo, W. Theobald, L. Van Woerkom, R. L. Weber, M. S. Wei, N. C. Woolsey, P. A. Norreys, New J. Phys., 10, 043046 (2008).

11. C. Tsallis, Braz. J. Phys., 39, 337 (2009).

12. A. I. Akhiezer, R. V. Polovin, Sov. Phys. JETP, 3, 696 (1956).

13. S. Vij, N. Kant, V. Thakur, Laser Phys., 29, 095404 (2019).

14. D. Anderson, M. Bonnedal, Phys. Fluids, 22, 105 (1979).

15. D. Anderson, M. Bonnedal, M. Lisak, Phys. Fluids, 22, 1838 (1979).

16. D. Anderson, Phys. Fluids, 24, 2345 (1981).

17. J. Parashar, A. K. Sharma, Eur. Phys. Lett., 41, 389 (1998).

18. M. S. Sodha, J. K. Sharma, D. P. Tewari, R. P. Sharma, S. C. Kaushik, Plasma Phys., 20, 825 (1978).

19. A. Singh, N. Gupta, Phys. Plasmas, 22, 062115 (2015).

20. N. Gupta, S. Kumar, J. Optik, 49, 455 (2020).