نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه فیزیک، دانشکدة علوم پایه، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل

چکیده

انتشار پالس لیزر کوتاه و پرشدت در پلاسما، سبب تولید میدان دنباله الکترواستاتیکی شده که کاربرد گسترده‌ای در شتاب لیزری ذرات باردار دارد. دامنه میدان دنباله به عوامل مختلفی از جمله به قطبش پالس لیزر وابسته است. پلاسمای مغناطیده، نسبت به قطبش‌های مختلف لیزر، محیطی ناهمسانگرد است و تحت شرایط مختلف، مدهای انتشار در پلاسما متفاوت هستند. در این مقاله، شرایط انتشار هر مد را بررسی کرده و با یافتن معادلات حاکم برانگیزش میدان دنباله ناشی از پالس لیزر در مدهای مختلف، شامل قطبش دایروی (مد R و L)، بیضوی (مد X) و خطی (مد O)، تعیین خواهد شد. معادلات دیفرانسیل حاصل با استفاده از الگوریتم رانگ-کوتای مرتبه چهار به‌طور همزمان حل شده است. نتایج نشان می‌دهد، دامنه‌ی میدان‌ دنباله نه تنها به مد لیزر بستگی دارد بلکه با تغییر چگالی پلاسما، میدان مغناطیسی خارجی و فرکانس لیزر، بطور قابل توجهی تغییر خواهد کرد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Laser wakefield generation by R, L, X and O modes in magnetized plasma

نویسندگان [English]

  • Y Heydarzadeh
  • H Akou

Department of Physics, Faculty of Basic Sciences, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran

چکیده [English]

Short and intense laser pulse propagating in a plasma produces an electrostatic wakefield that is widely used in laser acceleration of charged particles. Amplitude of the wakefield depends on several factors, including the laser pulse polarization. Magnetized plasma is anisotropic for various laser polarization and in different condition, different modes can propagate in plasma. In this paper, we investigate the propagation conditions of each modes and with finding the governing equations, the excitation of wakefield due to the laser pulse with the different modes, including circular (R and L modes), elliptic (X mode) and linear (L mode) polarizations, will be determined. By using the forth-order Runge-Kutta algorithm, the differential equations, simultaneously have been solved. The results show that, the amplitude of the wakefield depends not only on the laser mode but also on the plasma density, external magnetic field and laser frequency.

کلیدواژه‌ها [English]

  • laser wakefield
  • Magnetized plasma
  • Laser pulse polarization

  1. E Esarey, P Sprangle, J Krall, and A Ting, IEEE T Plasma Sci. 24 (1996) 252.
  2. E A Peralta, K Soong, R J England, E R Colby, Z Wu, B Montazeri, C McGuinness, J McNeur, K J Leedle, D Wals, E B Sozer, B Cowan, B Schwartz, G Travish, and R L Byer, Nature 503 (2013) 91.
  3. J Breuer and P Hommelhoff, Phys. Rev. Lett. 111 (2013) 134803.
  4. T Andre et. al., Nat. Commun. 9 (2018) 1334.
  5. M Wen, Y I Salamin, and C H Keitel, Opt. Express 27 (2019) 557.
  6. V Malka, Phys. Plasmas 19 (2012) 055501.
  7. م لامعی رشتی، ف قاسمی، س زارعی، ح سیار، ح آلابراهیم، م خسروانی، م انصاری، م یاحقی، ا میردامـادی و ش مـدنی، مجلۀ پژوهش فیزیک ایران 15، 2 (1394) 119.

7. M Lamehi Rashti, F Ghasemi, S Zarei, H Sayyar, H Aleebrahim, M Khosravani et al., Iranian J. Phys. Res. 15, 2 (2015) 119.

  1. K Shimoda, Appl. Opt. 1 (1962) 33.
  2. F Sohbatzadeh, S Mirzanejhad, and M Ghasemi, Phys. Plasmas 13 (2006) 123108.

10. F V Hartemann, E C Landahl, A L Troha Jr., J R Van Meter, H A Baldis, R R Freeman, N C Luhmann Jr., L Song, A K Kerman, and D U L Yu, Phys. Plasmas 6 (1999) 4104.

11. م اخیانی، م رضـایی پنـدری، ف جهـانگیری، ع نیکنـام و ر مسعودی، مجلۀ پژوهش فیزیک ایران 17،2 (1396) 293.

11. A Sadeghipanah, K Sarhadi, J Rahighi, A H Feghhi, and H Ghasem, Iranian J. Phys. Res. 17, 2 (2017) 233.

12. J B Rosenzweig, P Schoessow, B Cole, W Gai, R Konecny, J Norem, and J Simpson, Phys. Rev. A 39 (1989) 1576.

13. M J Hogan, C D Barnes, F J Clayton, C E Decker, S Deng, P Emma, C Hung, H Iverson, D K Johnson, C Joshi, T Katsouleas, P Krejcik, W Lu, K A Marsh,W B Mori, P Muggli, C L O’Connell, E Oz, R H Siemann, and D Walz, Phys. Rev. Lett. 95 (2005) 054802.

14. T Tajima, and J M Dawson, Phys. Rev. Lett. 43 (1979) 267.

15. M Everett, A Lal, D Gordon, C E Clayton, K A Marsh and C Joshi, Nature 368 (1994) 527.

16. H Hamster, A Sullivan, S Gordon, W White, and R W Falcone, Phys. Rev. Lett. 71 (1993) 2725.

17. C A Coverdale, C B Darrow, C D Decker, W B Mori, K Tzeng, K A Marsh, C E Clayton, and C Joshi, Phys. Rev. Lett. 74 (1995) 4659.

18. K Nakajima, D Fisher, T Kawakubo, H Nakanishi, A Ogata, Y Kato, Y Kitagawa, R Kodama, K Mima, H Shiraga, K Suzuki, K Yamakawa, T Zhang, Y Sakawa, T Shoji, Y Nishida, N Yugami, M Downer, and T Tajima, Phys. Rev. Lett. 74 (1995) 4428.

19. ح آکو، مجلة پژوهش فیزیک ایران 16، 2 (1395) 231.

19. H Akou, Iranian J. Phys. Res. 16, 2 (2016) 231.

20. F Sohbatzadeh and H Akou, Phys. Plasmas 20 (2013) 043101.

21. T P Coffey, Phys. Fluids 14 (1971) 1402.

22. P Sprangle, B Hafizi, and J R Penano, Phys. Rev. E 61 (2000) 4381.

23. Y I Salamin, and N M Jisrawi, J. Phys. B: At. Mo; Opt. Phys. 47 (2014) 025601.

24. F V Hartmann, E C Landahl, A L Troha Jr., J R Van Meter, H A Baldis, R R Freeman, N C Luhmann Jr., L Song, A K Kerman, and D U L Yu, Phys. Plasmas 6 (1999) 4104.

25. H Akou, and M Asri, Phys. Lett. A 380, (2016) 1729.

26. م عصری، مجلة پژوهش فیزیک ایران 18، 2 (1397) 283.

26. M Asri, Iranian J. Phys. Res. 18, 2 (2018) 283.

27. P K Shukla, Phys. Scr. T 52 (1994) 73.

28. P Jha, A Saroach, R K Mishra, and A K Upadhyay, Phys. Rev. ST Accel. Beams 15 (2012) 081301.

29. P K Shukla, Phys. Plasmas 6 (1999) 1363.

30. آ کارگریـان، ح مهـدیان و ع حسـن بیگـی، مجلة پـژوهش فیزیک ایران 14، 1 (1393) 83.

30. A Kargarian, H Mehdian, and A Hasanbeigi, Iranian J. Phys. Res. 14, 1 (2014) 83.

31. B Zohuri, “Plasma physics and Controlled Thermonuclear Reactions Driven Fusion Energy”, Springer (2016).

32. R Fitzpatrick, “Plasma Physics: An Introduction”, CRC Press (2015).

33. A Piel, “Plasma physics: An Introduction to Laboratory, Space, and Fusion Plasmas”, Springer (2017).

34. K F F Law, M Bailly-Grandvaux, A Morace, S Sakata, K Matsuo, S Kojima, S Lee, X Vaisseau, Y Arikawa, A Yogo, K Kondo, Z Zhang, C Bellei, J J Santos, S Fujioka and H Azechi, Appl. Phys. Lett. 108, 091104 (2016).

V Kaymak, A Pukhov, V N Shlyaptsev and J J Rocca, Phys. Rev. Lett. 117 (2016) 035004; http://www.lanl. gov/mst/nhm/magnets.shtml.

تحت نظارت وف ایرانی