گسیل فوتون در برهم‌کنش پالس‌های متقابل لیزر با نسبت میدان مختلف با پلاسمای با چگالی نزدیک بحرانی

در این مقاله، سازوکار برهم‌کنش تک‌پالس تجمیعی و دو پالس متقابل لیزر، که دامنه میدان کل با نسبت‌های مختلفی بین دو پالس تقسیم شده است، با پلاسمای با چگالی نزدیک بحرانی، با استفاده از شبیه‌سازی 1d3v ذره در سلول بررسی می‌شود. به‌خصوص، وابستگی ویژگی‌های اصلی دسته فوتون‌های گسیلی به چگونگی تسهیم دامنه میدان بررسی و با حالت متداول تک‌پالس تجمیعی مقایسه می‌گردد. در حالت برهم‌کنش پالس‌‏های متقابل، به‌دلیل پدیده پراکندگی غیرخطی کامپتون معکوس، بیشترین میزان فوتون در لحظات برخورد دو پالس با هم گسیل می‌گردد. میزان جهت‌مندی فوتون‌های گسیل شده در راستای انتشار پالس/پالس‌ها، در حالت پالس‌های متقابل همسان در حالت حداکثر و در حالت پالس مجموع به حداقل می‏‌رسد، و هر چه اختلاف تسهیم میدان‌ها بیشتر باشد به حالت تک‌پالس تجمیعی نزدیک‌تر است. این در حالی‌ست که، بزرگ‌ترین انرژی قطع الکترونی، گسیلنده‌ها، به ترتیب متعلق به حالت پالس‏‌های متقابل لیزر با نسبت‌های میدان 0/9: 0/1 و 0/8: 0/2 است و حالت 0/5: 0/5 کمترین مقدار را دارد. در لحظه‌ای که چگالی فوتون‌های گسیل شده بیشینه است، بزرگ‌ترین انرژی قطع فوتون‌ها به حالت پالس‌های متقابل 0/9: و 0/1 تعلق دارد. همچنین، انرژی جذب شده توسط الکترون‌ها و فوتون‌ها نسبت مستقیمی با انرژی الکترومغناطیس تزریق شده به سیستم دارد که در حالت تک‌پالس بیشترین مقدار را دارد ولی میزان کل تابش الکترومغناطیس در حالت دو پالس متقابل بیشترین مقدار را دارا است. نتایج این تحقیق می‌تواند در بهینه‌سازی گسیل فوتون در برهم‌کنش لیزرهای فوق پرتوان با پلاسما، به اهداف کاربردی، مفید واقع گردد.

photon emission in counter-propagating laser pulses with different field ratios interact with near critical density plasma

this paper investigates the interaction mechanism of a single collective laser pulse and two counter-propagating laser pulses (with the total field amplitude divided between them in varying ratios) with a near-critical density plasma using 1d3v particle-in-cell (pic) simulations. the study focuses on the dependence of key properties of the emitted photon bunch on the amplitude ratio, comparing them with the single collective pulse scenario. for counter-propagating pulses, nonlinear inverse compton scattering results in the maximum photon emission occurring early during the collision of the pulses. the directionality of emitted photons along the pulse propagation direction is highest for counter-propagating pulses and lowest for the single collective pulse. larger differences in divided field amplitudes bring the results closer to those of a single collective pulse. the maximum electron energy cutoff and emitter number are observed for counter-propagating pulses with amplitude ratios of 0.9:0.1 and 0.8:0.2, respectively, while the ratio 0.5:0.5 shows minimal values. the peak photon density corresponds to the highest cutoff energy, observed for the 0.9:0.1 counter-propagating pulses. furthermore, the total absorbed energy by electrons and photons directly correlates with the injected electromagnetic energy into the system, being highest for the single pulse scenario. however, the overall electromagnetic radiation emission is maximized for counter-propagating pulses. these findings provide insights valuable for optimizing high-power laser interactions with plasmas and their applications.