19747

۱۹۷۴۷

توليد تابش تراهرتز توسط باريكه هاي ليزري و پروفايلهاي مختلف پلاسما

دكتري تخصصي

فيزيك

۱۳۹۷-۱۳۹۸

۱۳۹۷/۸/۲۹

دكتر بيژن غفاري قمي - دكتر مهدي اسماعيل زاده هنجني

فيزيك

در اين پاياننامه، به مطالعه تحليلي توليد تابش تراهرتز توسط اندركنش ليزر پلاسما به دو روش پيشنهادي متفاوت پرداخته‌ايم. در روش اول، توليد تابش تراهرتز تشديدي، توسط زنش دو باريكه ليزري با نمايه هاي مختلف از قبيل آرايهاي گاوسي در پلاسماي برخوردي و سرصاف ليزري و ليزري مركز تاريك در پلاسماي مغناطيده برخوردي با ميدان مغناطيسي عمود و موازي را بررسي نموده‌ايم. باريكه آرايهاي گاوسي، نمايه ميدان تراهرتز ويژه‌اي با ميزان بهره سه برابر نسبت به تك باريكه گاوسي حاصل ميكند. اعمال ميدان مغناطيسي به محيط پلاسما در باريكه سرصاف ليزري موجب افزايش قابل توجه اندازه ميدان و بهره مكانيسم تابش تراهرتز شده و نمايه ميدان مربعي در اين حالت توليد ميشود. همچنين ميزان بهره 9 درصد براي اين باريكه ليزري حاصل گرديد. اعمال ميدان مغناطيسي موازي، ميدان و بهره ضعيفتري نسبت به حالت ميدان عمود توليد مي‌نمايد. باريكه ليزري مركز تاريك، نمايه ويژه ميدان تراهرتز مركز تاريكي توليد مينمايد كه ميزان بهره آن توسط پارامترهاي ساختاري ليزر نيز قابل تنظيم ميباشد. ميزان بهره حاصل براي اين باريكه 4/2 درصد ميباشد كه بيشترين ميزان بهره گزارش شده تاكنون براي توليد تابش تراهرتز توسط اين باريكه ميباشد. بعلاوه، دو اثر مهم اندركنش مابين ليزر و تابش تراهرتز توليد شده از طريق محاسبات خودسازگار و همچنين اندركنش مابين تابش تراهرتز توليدي و محيط پلاسمايي توسط جذب تابش در اثر تابش ترمزي معكوس توصيف و روابط تحليلي لازم براي ارزيابي آنها براي اولين بار، ارائه گرديد. اثرات متقابل بين ليزر و تابش تراهرتز موجب كاهش هفت دهم درصدي بهره تابش تراهرتز، در هنگام انتقال انرژي بالا مي‌گردد. همچنين، كاهش ميزان توان و بهره توليد تابش تراهرتز در اثر تابش ترمزي معكوس، ميزان قابل توجهي از 30 تا 50 درصد بوده و صرف نظر كردن از تاثير آن، موجب خطاي بزرگي در محاسبه توان و بهره تابش تراهرتز خواهد شد. در روش دوم، تابش تراهرتز توليد شده ناشي از خودكانوني باريكه ليزري سوپرگاوسي با دامنه مدوله شده در پلاسماي با نمايه چگالي الكتروني نوساني، محاسبه و تحليل گرديد. ضمن تحليل و بررسي اثرخودكانوني باريكه ليزري در پلاسما، مشخص گرديد كه ميزان ميدان و بهره تابش تراهرتز به طور قابل ملاحظه‌اي در اثر خودكانوني باريكه ليزري در پلاسما، افزايش مييابد. با تنظيم پارامترهاي ليزر و پلاسما از قبيل دامنه نوسانات چگالي، مرتبه باريكه، فركانس و دوره مدولاسيون، ميزان بهره مكانيسم در حدود 6 درصد حاصل گرديد، كه بيشترين مقدار گزارش شده در روشهاي مشابه تاكنون ميباشد.

1397/09/16

Terahertz radiation generation using different laser beams and plasma profiles

12/5/2018 12:00:00 AM

Terahertz (THz) radiation generation by laser-plasma interaction with two different methods is analytically investigated. At first method, THz radiation generation by beating of two array Gaussian laser beams in collisional plasma, flat-toped and dark hollow (DH) laser beam in collisional magnetized plasma when a static magnetic field is applied to the plasma with parallel or perpendicular direction is proposed. We show that array Gaussian laser beam produces a special field profile with THz efficiency three times greater than standard Gaussian laser beam. The presence of a static magnetic field can enhance drastically the power and efficiency of THz radiation with flat-toped laser beam. The perpendicular magnetic field produces THz radiation with a square shaped field profile with THz radiation efficiency up to 9%. The power and efficiency enhancement of the perpendicular magnetic field is greater than that of parallel one. The DH laser beam produces THz radiation with dark hollow shaped field profile which its efficiency is tunable with optical parameters of the laser beam. The maximum efficiency achieved is 2.4% which is larger than any other reported schemes for DH laser beams. Furthermore, the interaction between laser beams and THz radiation with self-consistent method and interaction between plasma and THz radiation with inverse bremsstrahlung process is analytically computed. The interaction (mutual effect) between laser beams and THz radiation will decrease efficiency up to 0.7% in high energy transfer. Also, the absorption of THz radiation due to inverse bremsstrahlung process will decrease power and efficiency form 30 to 50%. So, the neglect of it causes an overstimate of efficiency. At the second method, generation of THz radiation at modulation frequency based on self-focusing of an amplitude modulated super Gaussian laser beam in preformed ripple density plasma, when pondermotive nonlinearity is operative is analytically investigated. We show that the self-focusing of the beam enhances the field amplitude and efficiency considerably. Optimizing the laser beam and ripple density plasma parameters and considering the higher order paraxial ray approximation, the THz radiation efficiency up to 6% is obtained.