Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2017, № 1 · PHYSICAL PROBLEMS OF ELECTRONICS

Генерация мощных импульсов терагерцевого и инфракрасного диапазонов при взаимодействии мультитераваттных лазерных полей с мишенями ограниченных размеров

V.V. Kulagin1, V.N. Kornienko1, V.A. Cherepenin1, D.N. Gupta2,3

1 Kotelnikov IRE RAS, Moscow, Russia
2 Department of Physics and Astrophysics, University of Delhi, Delhi, India, India
3 Университет Дели, Дели, Индия, India
Full text (PDF) UDC 537.5 EDN YFZWUD

Abstract

The processes for generation of radiation in the infrared and terahertz bands that occur during a synchronous acceleration of the electrons of the limited size target under the action of a high-power laser pulse with a steep front are considered. Conditions leading to the formation of bipolar and quasi-unipolar pulses are studied, and possible pulse characteristics such as shape, amplitude and duration versus parameters of the target and the laser pulse are defined. For a laser pulse with the amplitude insufficient to displace all electrons from the target at once, a train of oscillations containing both low-frequency component and a component with frequency of the order of the laser frequency are generated, while the total duration of the radiation pulse is determined by the duration of the laser pulse.

  • Interaction of laser radiation with matter
  • electron acceleration by laser pulses
  • generation of THz and infrared radiation
Аннотация (на русском)

Генерация мощных импульсов терагерцевого и инфракрасного диапазонов при взаимодействии мультитераваттных лазерных полей с мишенями ограниченных размеров

Исследованы процессы генерации излучения инфракрасного и терагерцевого диапазонов, возникающего при синхронном ускорении электронов мишени ограниченных размеров под действием сверхмощного лазерного импульса с крутым фронтом. Изучены условия, приводящие к формированию двуполярных и квазиоднополярных импульсов, а также определены возможные характеристики импульсов, такие как форма, амплитуда и длительность в зависимости от параметров мишени и лазерного импульса. Для лазерного импульса с амплитудой, недостаточной для вытеснения всех электронов из мишени, генерируется цуг колебаний, содержащий как низкочастотную составляющую, так и компоненту с частотой порядка частоты лазера, причем длительность цуга определяется длительностью лазерного импульса.

For citation

Kulagin V.V., Kornienko V.N., Cherepenin V.A., Gupta D.N. Генерация мощных импульсов терагерцевого и инфракрасного диапазонов при взаимодействии мультитераваттных лазерных полей с мишенями ограниченных размеров // Journal of Radio Electronics. – 2017. – No. 1.

References

  1. Ferguson B., Zhang X. C. Materials for terahertz science and technology. Nature Materials, 2002, Vol. 1, pp. 26-33. DOI:10.1038/nmat708.
  2. Williams G. P. Filling the THz gap-high power sources and applications. Reports on Progress in Physics, 2006, Vol. 69, pp. 301-326.
  3. Kulagin V.V., Cherepenin V.A., Hur M.S., Suk H. Theoretical Investigation of Controlled Generation of a Dense Attosecond Relativistic Electron Bunch from the Interaction of an Ultrashort Laser Pulse with a Nanofilm. Phys. Rev. Lett., 2007, Vol. 99, p. 124801.
  4. Kulagin V.V., Cherepenin V.A., Gulyaev Y.V. et al. Characteristics of relativistic electron mirrors generated by an ultrashort nonadiabatic laser pulse from a nanofilm. Phys. Rev. E, 2009, Vol. 80, p. 016404.
  5. Kiefer D., Henig A., Jung D. et al. First observation of quasi-monoenergetic electron bunches driven out of ultra-thin diamond-like carbon (DLC) foils. Eur. Phys. J. D, 2009, Vol. 55, pp. 427-432.
  6. Paz A., Kuschel S., Rodel C. et al. Thomson backscattering from laser-generated, relativistically moving high-density electron layers. New J. of Physics, 2012, Vol. 14, p. 093018.
  7. Kiefer D., Yeung M., Dzelzainis T. et al. Relativistic electron mirrors from nanoscale foils for coherent frequency upshift to the extreme ultraviolet. Nature Commun., 2013, Vol. 4, p. 1763. DOI: 10.1038/ncomms2775.
  8. Кулагин В.В., Корниенко В.Н., Черепенин В.А. Генерация терагерцевых и инфракрасных релятивистских импульсов при взаимодействии мощного лазерного излучения с наноразмерными мишенями. // Учен. зап. физ. фак-та Моск. ун-та. 2014. № 4. С. 144337. DOI: http://uzmu.phys.msu.ru/abstract/2014/4/144337.
  9. Popov K.I., Bychenkov V.Yu., Rozmus W. et al. Vacuum electron acceleration by tightly focused laser pulses with nanoscale targets. Phys. Plasmas, 2009, Vol. 16, p. 053106.
  10. Bulanov S.S., Bychenkov V.Yu., Krushelnick K. et al. Swarm of ultra-high intensity attosecond pulses from laser-plasma interaction. Journal of Physics: Conference Series, 2010, Vol. 244, p. 022029.
  11. Lucchio L. D., Gibbon P. Relativistic attosecond electron bunch emission from few-cycle laser irradiated nanoscale droplets. Phys. Rev. ST Accel. Beams, 2015, Vol. 18, p. 023402.
  12. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М., Теория поля, М.: Наука, 1988. 578 с.
  13. Hartemann F.V., Kerman A.K. Classical Theory of Nonlinear Compton Scattering. Phys. Rev. Lett., 1996, Vol. 76, p. 624-627.
  14. Hartemann F.V., Troha A.L., Luhmann N.C., Jr. et al. Spectral analysis of the nonlinear relativistic Doppler shift in ultrahigh intensity Compton scattering. Phys. Rev. E, 1996, Vol. 54, pp. 2956-2962.
  15. Hartemann F.V. High-intensity scattering processes of relativistic electrons in vacuum. Phys. Plasmas, 1998, Vol. 5, pp. 2037- 2047.
  16. Gao J. Thomson Scattering from Ultrashort and Ultraintense Laser Pulses. Phys. Rev. Lett., 2004, Vol. 93, p. 243001.
  17. Verboncoeur J.P., Langdon A.B., Gladd N.T. An object-oriented electromagnetic PIC code. Comput. Phys. Commun., 1995, Vol. 87, p. 199- 211.