Interaktioner mellan intensiva laserpulser och plasmaspeglar har varit i fokus för flera nya fysikstudier på grund av de intressanta effekter de producerar. Experiment har visat att dessa interaktioner kan generera en icke-linjär fysisk process känd som övertoner av hög ordning, kännetecknad av emission av extrem ultraviolett strålning (XUV) och korta blixtar av laserljus (d.v.s. attosekundpulser).
Forskare vid The Extreme Light Infrastructure ERIC i Tjeckien och Osaka University i Japan upptäckte nyligen en överraskande övergång som äger rum under interaktioner mellan intensiva laserpulser och plasmaspeglar. Denna övergång, märkt av en onormal emission av koherent XUV-strålning, beskrevs i en artikel publicerad i Physical Review Letters .
"Relativistiska oscillerande speglar är ett fascinerande koncept med stor potential för intensiv attosekundspuls och ljus XUV-generering," sa Marcel Lamač, en av forskarna som genomförde studien, till Phys.org.
"Vi undersökte på nytt några av antagandena i tidigare arbeten och fann att stark självmodulering kan inträffa under den intensiva laser-spegelinteraktionen, vilket förändrar egenskaperna hos ytemitterad extrem ultraviolett (XUV) strålning, som sedan kan fortplanta sig onormalt längs yta."
Den intressanta upptäckten av Lamač och hans kollegor gjordes medan de testade förutsägelser om tidigare arbete på området. Teamet genomförde olika numeriska, flerdimensionella partikel-i-cell-simuleringar med extremt höga upplösningar, med målet att bättre förstå samspelet mellan elektroner och joner under interaktionen mellan plasma med fast densitet och intensiva lasrar.
"En av de mest omedelbara konsekvenserna av vårt arbete är att stor noggrannhet måste iakttas vid val av mål och pre-plasmakontroll för att förhindra spatiotemporal koherensförlust i de reflekterade höga övertonerna," sa Lamač.
"Eftersom vi har funnit att den relativistiska instabilitetsmodulerade emissionen kan vara mer effektiv än de reflekterade höga övertonerna i XUV-området, kan denna emission också betraktas som en potentiellt mycket effektiv XUV-källa, vilket skulle kräva lika exakt kontroll av experimentella förhållanden för att uppnå högt utbyte av XUV-emission."
Emissionen av XUV-strålning som Lamač och hans kollegor observerade i sina simuleringar har en unik och intressant egenskap. Specifikt fann forskarna att denna koherenta strålning fortplantar sig parallellt med plasmaspegelns yta. Ytterligare beräkningar kopplade denna onormala emission till laserdrivna oscillationer av relativistiska elektronnanobuntar som härrörde från instabiliteten hos plasmans yta.
"Vi tror att det finns en intressant potential i att potentiellt kontrollera denna spegelsjälvmodulering, där förbättrad koherens kan uppnås för mer smalbandig koherent XUV-generering i de inledande stadierna av ytinstabiliteten," tillade Lamač.
Detta senaste arbete av Lamač och hans medarbetare samlade ny insikt i de fysiska processer som uppstår från interaktionen mellan intensiva laserpulser och plasmaspeglar. Resultaten av forskarnas simuleringar kan snart bana väg för fler studier som utforskar det onormala utsläpp de observerade, vilket potentiellt kan leda till nya intressanta upptäckter.
Mer information: M. Lamač et al, Anomalous Relativistic Emission from Self-Modulated Plasma Mirrors, Physical Review Letters (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.205001
Journalinformation: Fysiska granskningsbrev
© 2023 Science X Network
