شبیه‌سازی ذره‌ای دوبعدی شتاب الکترون در برهم ‌کنش پالس لیزری کوتاه با پلاسمای دارای رمپ چگالی در رژیم حبابی

در این مقاله، با استفاده از شبیه‌ سازی ذره‌ ای دوبعدی پلاسما، شتاب الکترون در رژیم حبابی در اثر برهم‌کنش پالس لیزری پرشدت کوتاه با یک پلاسمای رقیق دارای رمپ چگالی مورد بررسی قرار گرفته است. در اثر نیروی پاندرماتیو لیزری، موج پلاسمایی و میدان الکتریکی متناظر با آن در پلاسما تشکیل می‌ شود. الکترون‌های تزریق شده در ناحیه ‌ی متمرکزکننده و شتاب دهنده موج پلاسمایی می‌ توانند از موج انرژی گرفته و تا انرژی ‌هایی از مرتبه گیگالکترون‌ولت شتاب داده شوند. نتایج شبیه‌سازی ذره ای دوبعدی نشان می دهد با افزایش شیب چگالی پلاسما، سرعت فاز موج پلاسمایی ایجاد شده افزایش و طول موج متناظر با آن کاهش می یابد. این امر موجب جابجایی ناحیه ی متمرکزکننده و شتاب دهنده موج پلاسمایی و در نهایت افزایش طول شتاب در فرآیند شتابدهی الکترون می گردد. با در نظر گرفتن پالس لیزری با دامنه شدت بدون بعد ، پهنای پالس  و پلاسما با رمپ چگالی به طول ، میدان الکتریکی شتابدهنده متناظر با موج پلاسمایی با دامنه ی  بدست آمد. نتایج بدست آمده می تواند در انتخاب پروفایل مناسبِ چگالی پلاسما در طراحی سامانه ی شتاب دهنده لیزر- پلاسما برای دستیابی به انرژی هایی از مرتبه گیگاالکترون‌ولت در زمان های کوتاه دارای اهمیت باشد.

2d pic simulation of electron acceleration in interaction of short laser pulse with plasma having a density ramp in bubble regime

in this paper, using 2d pic simulation, the electron acceleration in the bubble regime has been investigated in the interaction of a short high-power laser pulse with an underdense plasma with a density ramp. due to the laser pondermotive force, a plasma wave and its corresponding electric field are formed in the plasma. the electrons injected in the focusing and acceleration region of the plasma wave field can get energy from the wave and are accelerated to high energies of the giga-electron-volt range. the simulation results show that with increasing the plasma density gradient, the phase speed of the generated plasma wave increases, and the corresponding wavelength decreases. this causes the displacement of the plasma wave focusing and acceleration region and ultimately increases the acceleration length in the acceleration process. considering a laser pulse with dimensionless intensity amplitude , pulse duration , and plasma with density ramp length ,the plasma wave accelerating electric field with amplitude was generated. the results of this work can be crucial in choosing an appropriate plasma profile to design the laser-plasma accelerator system for obtaining the giga-electron-volt energy gain in a short time.