شبیه‌سازی ذره‌ای رشته‌ای شدن باریکه‌های لیزر در برهم‌کنش دو باریکه نسبیتی با پلاسمای کم چگال

با اعمال دو باریکه پرشدت نسبیتی تحت شرایط مختلف بر پلاسمای کم چگال، تاثیر فاصله و زاویه نسبی باریکه ها بر رشته‌ای شدن آن‌ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از شبیه‌سازی‌ها با استفاده از کد ذره در سلول دو بعدی smilei نشان می‌دهند، زمانی که فاصله دو باریکه صفر است و زاویه نسبی بین آن‌ها وجود ندارد، نتایج منطبق با رفتار یک پالس قوی با شدت چهار برابر تک پالس است. هم‌چنین، تاثیر تغییرات پارامتر زاویه بر رشته‌ای شدن باریکه‌ها به مراتب مهم‌تر از تاثیر پارامتر فاصله است. با تغییر و افزایش فاصله دو باریکه در زاویه ثابت، تشکیل کانال‌های مجزایی مشاهده شده است که تفکیک آن‌ها با افزایش فاصله پالس بیشتر می‌شود. در بررسی اثر زاویه بر رشته‌ای شدن به ازای θ = 0° تشکیل دو کانال مجزا و پیش‌روی در پلاسما مشاهده شده است. به طوری‌که با افزایش زاویه به θ = 2° کانال‌ها با هم ادغام شده و منجر به تشکیل یک تک کانال عریض چگالی می‌شود. بیشترین کانال‌های رشته‌ای مشاهده شده به ازای مقدار مشخصی از فاصله دوپالس، در زاویه نسبی میانی θ = 4°, 6°، رخ می‌دهد. با توجه به اهمیت رشته‌ای شدن و به هم پیوستن کانال‌ها در ارتباط با موضوع پایداری انتشار پالس‌های پرتوان، این بررسی نشان می‌دهد که تغییرات زاویه نسبی بین دو باریکه و اثر آن در رشته‌ای شدن باریکه می‌تواند در زوایایی بر انتشار موثر و پایداری پالس پرتوان تاثیرات منفی داشته باشد که در برخی آزمایشات از جمله گداخت محصورسازی لیزری مطلوب نیست.

particle simulation of laser beams filamentation in the interaction of two relativistic beams with under-dense plasma

by applying two relativistic high-intensity laser beams under different conditions to low-density plasma, the effects of the beams’ corresponding distance and angle on their filamentation were investigated and studied. the results of the simulations using the particle in cell (smilei) two-dimensional code show that when the distance and the corresponding angle between the pulses are zero, the results are the same as a powerful pulse with intensity equals four times a single pulse. meanwhile, it was clear that the impact of relative beam angles on pulse filamentation is more significant and sensible than the effect of distance variation. so, it is shown that by increasing the distance, separate plasma channels are formed, and more filaments are observed. moreover, the effect of relative beam angle variation reveals that, unexpectedly, two distinct channels formed and traveled through plasma. by increasing the angle to θ = 2°, the channels merged and formed a single wide channel. further, for a constant beams distance, the maximum filaments are observed at the middle angles θ = 4°, 6°. it should be noted that studying laser beam filamentation in plasma is so critical for stable pulse propagation through the plasma. our simulations indicate that in some relative angles, we will not have stable and efficient pulse propagation. this could be distractive in some experiments such as inertial confinement fusion.