26592

توليد تابش تراهرتز توسط خودكانونگي باريكه ليزري با نمايه هاي سوپرگاوسي و مركزتاريك در پلاسما

دكتري

فيزيك

1393

1400/11/25

دكتر بيژن غفاري قمي

دكتر فرهاد بختياري

فيزيك

در سال هاي اخير پيشرفت هاي قابل توجه در زمينه توليد باريكه هاي ليزري كوتاه و پرتوان منجر به توجه ويژه محققان به زمينه اندركنش ليزر با پلاسما شده است. برهم‌كنش پلاسما با ليزر پرتوان موجب پيدايش آثار غيرخطي مانند خودكانونگي، رشته سازي ليزر، توليد هماهنگ دوم و توليد تابش تراهرتز مي‌شود. همچنين، يكي از زمينه هاي مورد توجه محققان، بررسي اثر ميدان هاي خارجي اعمال شده مانند ميدان مغناطيسي و ميدان الكتريكي به محيط اندركنش ليزر با پلاسما مي باشد. با توجه به اهميت و تاثير اعمال ميدان‌هاي خارجي و نيز آثار غير خطي مشاهده شده، به بررسي نقش آنها در برهم كنش ليزر پلاسما خاصه از منظر توليد تابش تراهرتز پرداخته شده است. تابش تراهرتز داراي ويژگيهاي منحصر به فردي بوده و كاربردهاي بالفعل و بالقوه زيادي از آن در حوزهايي از قبيل مخابرات، ارتباطات، طيف سنجي، صنعت، پزشكي، امنيت و ... به اثبات رسيده و نيز هر روزه در حال گسترش مي باشد. در اين پايان‌نامه توليد تابش تراهرتز توسط اندركنش ليزر پلاسما توسط دو روش پيشنهادي متفاوت مورد مطالعه قرار گرفته است. در روش اول، توليد تابش تراهرتز تشديدي، ناشي از خودكانوني باريكه ليزري سوپر گاوسي با دامنه مدوله شده در پلاسماي با نمايه چگالي الكتروني نوساني، محاسبه و تحليل گرديد. در اين مرحله اقدام به محاسبه¬ي خودكانونگي ، ميدان تراهرتز توليدي، توان تراهرتز و همچنين بازده شده است. مشخص گرديد با تنظيم پارامترهاي ليزر و پلاسما از قبيل دامنه نوسانات چگالي، مرتبه باريكه، فركانس و دوره مدولاسيون، ميزان ميدان و بهره تابش تراهرتز به طور قابل ملاحظه‌اي در اثر خودكانوني باريكه ليزري در پلاسما، افزايش مي‌يابد. در گام بعدي، به محيط پلاسمايي در راستاي عمود بر انتشار باريكه ليزر، ميدان مغناطيسي اعمال گرديد. در اين حالت، ميدان مغناطيسي، موجب افزايش قابل توجه خاصيت خود كانونگي، اندازه ميدان و بهره مكانيسم توليد تابش تراهرتز گرديد. در روش دوم به بررسي توليد تابش تراهرتز ناشي از زنش دو باريكه ليزري مركز تاريك هنگاميكه كه يك ميدان الكتريكي ثابت و يكنواخت عمود بر راستاي انتشار ليزرها بر پلاسما اعمال مي‌شود، پرداخته شده است. دامنه ميدان و راندمان كوچك تابش توليد شده توسط پرتوهاي ليزري مركز تاريك در پلاسما و همچنين سهولت توليد و اعمال ميدان الكتريكي ثابت، انگيزه اصلي اين مطالعه محسوب مي‌شود. مشخص شد كه اعمال ميدان الكتريكي ثابت و يكنواخت علاوه بر افزايش اندازه و بازده ميدان تراهرتز موجب توليد ميدان تراهرتز با نمايه ويژه اي مي شود كه داراي الگوي انحصاري و قابل تنظيم متناسب با تغييرات دامنه ميدان الكتريكي است. به دليل اثرات متقابل مابين نمايه عرضي باريكه هاي ليزري مركز تاريك و ميدان الكتريكي، اندازه ميدان تابش تراهرتز و بازده آن بيشينه اي حاصل مي‌كند كه مي توان از آن براي توليد فركانس هاي خاص و قابل تنظيم تراهرتز، بهره برد.

1401/03/19

THZ radiation generation by self-focusing of super gaussian and dark hollow profiles laser beam in plasma

2/14/2023 12:00:00 AM

In recent years, significant advances in the production of short and powerful laser beams have led researchers to pay special attention to the interaction of lasers with plasma. Interaction of plasma with high power laser causes nonlinear effects such as self-focusing, laser filament generation, second harmonic production and terahertz radiation. Also, studying the effect of external applied fields such as magnetic field and electric field to the interaction of laser with plasma has been attracted by researchers. Considering the importance and effect of external field applications as well as the observed nonlinear effects, their role in the interaction of special plasma lasers from the perspective of terahertz radiation production has been investigated in the present study. Terahertz radiation has unique properties and many active and passive applications in areas such as telecommunications, communications, spectroscopy, industry, medicine, security, etc. have been proven and are expanding every day. In this dissertation, the production of terahertz radiation by plasma laser interaction has been studied by two different proposed methods. In the first method, resonant terahertz radiation originated from self-focusing of a super Gaussian laser beam with amplitude modulated in plasma and oscillating electron density index was analyzed. At this stage, self-focusing, generated terahertz field, terahertz power and also efficiency have been calculated. It was found that by adjusting the laser and plasma parameters such as amplitude of density fluctuations, beam order, frequency and modulation period, the efficiency of terahertz radiation increase significantly due to the self-focusing of the laser beam in plasma. In the next step, a magnetic field was applied to the plasma perpendicular to the laser beam propagation. In this case, the magnetic field increased the self-focusing as well as the efficiency of the terahertz radiation significantly. The second method investigates the generation of terahertz radiation induced by the dark hollow beam laser beam when a constant and uniform electric field perpendicular to the direction of laser propagation is applied to the plasma. The amplitude of the field and the small efficiency of radiation produced by dark hollow laser beams in plasma, as well as the ease of producing and applying a constant electric field, are the main motivations of this study. It was found that the application of a constant and uniform electric field, in addition to increasing the size and efficiency of the terahertz field, produces a terahertz field with a special index that has an exclusive and adjustable pattern appropriate to changes in the amplitude of the electric field. Due to the interactions between the transverse profile of the dark hollow laser beams and the electric field, the size of the terahertz radiation field and its efficiency are maximized, which can be used to produce specific and adjustable terahertz frequencies.

تابش تراهرتز، برهم كنش ليزر-پلاسما، باريكه ليزري سوپر گاوسي، باريكه ليزري مركز تاريك، خودكانوني، ميدان الكتريكي ، ميدان مغناطيسي

Terahertz Radiation, Laser-Plasma Interaction, Super Gaussian Laser Beam, Dark hollow Laser Beam, self-focusing, Electric Field, Magnetic Field

Mitra Amouamouha

Dr. Bijan Ghafary Gomy