Генерация мощных импульсов когерентного терагерцового излучения фемтосекундными лазерными пучками в плазме с модулированной плотностью. Этап 2 (заключительный)

В ходе выполнения проекта предложены новые способы генерации мощного узкополосного терагерцового излучения в плазменном канале, основанные на линейной и нелинейной конверсии лазерной кильватерной волны на предварительно созданной продольной модуляции плотности плазмы. С помощью аналитической теории и численного моделирования методом частиц в ячейках обнаружено, что кильватерная волна, возбуждаемая дифрагирующим лазерным импульсом, может излучать одинаково интенсивное электромагнитное излучение в окрестности плазменной частоты wp на расстоянии, превышающем несколько длин Рэлея, за счёт механизма плазменной антенны. Показано, что этот эффект может работать в хорошем согласии с аналитической теорией только в относительно тонкой плазме с характерным поперечным размером <20 c/wp, которая остается прозрачной для диффундирующих электромагнитных полей, накачиваемых на частоте отсечки. ЭМ излучение на плазменной частоте в такой схеме имеет узкую ширину линии (~ 5%) и достигает максимальной интенсивности, если период модуляции плотности плазмы совпадает с длиной лазерной кильватерной волны. В терагерцовом диапазоне частот эффективность преобразования энергии лазера в излучение на плазменной частоте может превышать 0,3%. Показано также, что механизм плазменной антенны может использоваться для генерации ЭМ излучения на удвоенной плазменной частоте, если модуляция плотности плазмы предварительно создаётся за счёт столкновения кильватерных волн вспомогательных лазерных импульсов малой интенсивности. При этом полная эффективность схемы оказывается на порядок ниже.