22519

توليد امواج تراهرتز از طريق برهمكنش ليزر با پلاسماي مغناطيده

دكتري

فيزيك

1393

1399/7/16

دكتر بيژن غفاري

دكتر مسعود جزايري

فيزيك

ناحيه تراهرتز THz ناحيه اي نامرئي براي چشم غير مسلح است كه بين ناحيه هاي فركانسي ميكروموج و فروسرخ در طيف الكترومغناطيس قرار دارد. تكنولوژي تراهرتز به دليل كاربردهاي فراوانش سبب به وجود آمدن علاقه مندي هاي زيادي در زمينه هاي مختلف مانند امنيت، پزشكي و ارتباطات تراهرتزي پهن باند، طيف سنجي و... شده است. روش هاي مختلفي براي توليد تابش تراهرتز وجود دارد. تكنيك هاي غير پلاسمايي براي توليد تراهرتز (نظير كريستال هاي الكترواپتيكي، آنتن هاي نيمه رسانا و آنتن هاي نوررسانا و... ) داراي معايبي مانند بهره پايين، شكست مواد در اعمال ليزر هاي پرتوان هستند. در مقابل پلاسما يك محيط اميدواركننده براي توليد قوي تابش تراهرتز است كه مي تواند بر مسئله شكست مواد هنگام اعمال ليزرهاي پرتوان فائق آيد. در اين رساله ما بر روي توليد تابش تراهرتز بر پايه برهمكنش ليزر با پلاسما كار مي كنيم. پلاسما به عنوان يك محيط غيرخطي مي تواند توان هاي بسيار بالاي ليزر را تحمل كند بدون آنكه آسيب ببيند كه اين منجر به توليد تابش تراهرتز با بهره بالا مي شود. طرح هاي مختلفي بر پايه برهمكنش ليزر با پلاسما وجود دارد، توليد تابش تراهرتز توسط زنش دو ليزر با فركانس و عدد موج مختلف در پلاسما داراي پتانسيل هاي زيادي در مورد دامنه تابش تراهرتز، بهره و تنظيم پذيري است. در رساله حاضر، ليزر با نمايه هاي مختلف مانند گاوسي، سوپر گاوسي، مثلثي و كوش گاوسي براي توليد پربازده تابش تراهرتز به كار رفته است. چگالي نوساني پلاسما به منظور وارد كردن تكانه اضافي براي دستيابي به شرط تطبيق فاز براي انتقال ماكزيمم انرژي بين نيروي پوندرماتيو غيرخطي (در فركانس زنش) و جريان غير خطي كه مسئول توليد تابش تراهرتز است، پيشنهاد شده است. يك ميدان مغناطيسي ثابت و مورب نسبت به جهت انتشار ليزر ها هم به منظور بهبود تنظيم پذيري و افزايش بهره تابش تراهرتز به كار گرفته شده است.

1399/08/25

Terahertz waves generation by interaction of laser with magnetized plasma

10/7/2020 12:00:00 AM

The Terahertz (THz) frequency regime invisible to naked eye lies between microwave (photonics) and infrared (electronics) frequency regions in the electromagnetic spectrum. The THz technology has woken up the immense potential interest for its alications in many areas like security, medicine, broadband THz communications, spectroscopy, etc. There are many methods to generate THz radiation. Non-plasma based techniques to generate THz (such as electro optic crystals, semiconductor and photoconductive antennas, etc.) have some drawbacks such as low conversion efficiency, narrow bandwidth of emitted THz radiation, and material breakdown material in high power laser pulses. In contrast, plasma is a promising medium to generate strong THz radiation which can overcome the damage problem of neutral materials when the energy of lasers is high. In the thesis, we work on plasma based THz radiation generation schemes where plasma as a nonlinear medium can handle very high power lasers which this leads to generate THz radiation with high efficiency and also plasma has an added advantage of not having damage limit. There are various schemes based on laser plasma interaction, THz radiation generation by beating of two lasers of different frequencies and wave numbers in plasmas has shown tremendous potential in terms of amplitude of THz radiation, efficiency and tunability. In the present thesis, laser with different profiles such as Gaussian, super-Gaussian, spatial triangular and cosh-Gaussian spatial are utilized to generate efficient THz radiation. Plasma density riles are proposed to introduce extra momentum (in propagation direction) to achieve exact phase matching condition for maximum energy transfer between nonlinear ponderomotive force (at difference frequency) and nonlinear current which is responsible for the excitation of THz radiation. An oblique static magnetic field is introduced to improve the tunability and to increase the efficiency of THz radiation.

ليزر، پلاسما، امواج تراهرتز، چگالي نوساني

Laser, plasma, Terahertz waves, Rippled density