986 resultados para Intense laser fields


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We present a comprehensive numerical study of the dynamics of an intense laser pulse as it propagates through an underdense plasma in two and three dimensions. By varying the background plasma density and the polarization of the laser beam, significant differences are found in terms of energy transport and dissipation, in agreement with recently reported experimental results. Below the threshold for relativistic self-focusing, the plasma and laser dynamics are observed to be substantially insensitive to the initial laser polarization, since laser transport is dominated by ponderomotive effects. Above this threshold, relativistic effects become important, and laser energy is dissipated either by plasma heating (p-polarization) or by trapping of electromagnetic energy into plasma cavities (s-polarization) or by a combination of both (circular polarization). Besides the fundamental interest of this study, the results presented are relevant to applications such as plasma-based accelerators, x-ray lasers, and fast-ignition inertial confinement fusion. (C) 2012 American Institute of Physics. [http://dx.doi.org/10.1063/1.4737151]

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We present observations of intense beams of energetic negative hydrogen ions and fast neutral hydrogen atoms in intense (5 × 10 W/cm) laser plasma interaction experiments, which were quantified in numerical calculations. Generation of negative ions and neutral atoms is ascribed to the processes of electron capture and loss by a laser accelerated positive ion in the collisions with a cloud of droplets. A comparison with a numerical model of charge exchange processes provides information on the cross section of the electron capture in the high energy domain.

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We apply the time-dependent R-matrix method to investigate harmonic generation from Ne+ at a wavelength of 390 nm and intensities up to 1015 W cm−2. The 1s22s22p4 (3Pe,1De, and 1Se) states of Ne2+ are included as residual-ion states to assess the influence of interference between photoionization channels associated with these thresholds. The harmonic spectrum is well approximated by calculations in which only the 3Pe and 1De thresholds are taken into account, but no satisfactory spectrum is obtained when a single threshold is taken into account. Within the harmonic plateau, extending to about 100 eV, individual harmonics can be suppressed at particular intensities when all Ne2+ thresholds are taken into account. The suppression is not observed when only a single threshold is accounted for. Since the suppression is dependent on intensity, it may be difficult to observe experimentally.

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Asymmetry in the collective dynamics of ponderomotively-driven electrons in the interaction of an ultraintense laser pulse with a relativistically transparent target is demonstrated experimentally. The 2D profile of the beam of accelerated electrons is shown to change from an ellipse aligned along the laser polarization direction in the case of limited transparency, to a double-lobe structure aligned perpendicular to it when a significant fraction of the laser pulse co-propagates with the electrons. The temporally-resolved dynamics of the interaction are investigated via particle-in-cell simulations. The results provide new insight into the collective response of charged particles to intense laser fields over an extended interaction volume, which is important for a wide range of applications, and in particular for the development of promising new ultraintense laser-driven ion acceleration mechanisms involving ultrathin target foils.

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Fast-electron generation and dynamics, including electron refluxing, is at the core of understanding high-intensity laser-plasma interactions. This field is itself of strong relevance to fast ignition fusion and the development of new short-pulse, intense, x-ray, gamma-ray, and particle sources. In this paper, we describe experiments that explicitly link fast-electron refluxing and anisotropy in hard-x-ray emission. We find the anisotropy in x-ray emission to be strongly correlated to the suppression of refluxing. In contrast to some previous work, the peak of emission is directly along the rear normal to the target rather than along either the incident laser direction or the specular reflection direction.

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Propagation of intense circularly polarized laser pulses in strongly magnetized inhomogeneous plasmas is investigated. It is shown that a left-hand circularly polarized laser pulse propagating up the density gradient of the plasma along the magnetic field is reflected at the left-cutoff density. However, a right-hand circularly polarized laser can penetrate up the density gradient deep into the plasma without cutoff or resonance and turbulently heat the electrons trapped in its wake. Results from particle-in-cell simulations are in good agreement with that from the theory. (c) 2015 AIP Publishing LLC.

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We theoretically demonstrate the possibility to generate both trains and isolated attosecond pulses with high ellipticity in a practical experimental setup. The scheme uses circularly polarized, counterrotating two-color driving pulses carried at the fundamental and its second harmonic. Using a model Ne atom, we numerically show that highly elliptic attosecond pulses are generated already at the single-atom level. Isolated pulses are produced by using few-cycle drivers with controlled time delay between them.

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We show that for collisions of electrons with a high-intensity laser, discrete photon emissions introduce a transverse beam spread that is distinct from that due to classical (or beam shape) effects. Via numerical simulations, we show that this quantum induced transverse momentum gain of the electron is manifest in collisions with a realistic laser pulse of intensity within reach of current technology, and we propose it as a measurable signature of strong-field quantum electrodynamics.

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We examine current methods of numerically implementing Compton scattering in the context of intense laser-matter interactions. In a recent publication [1] it has been shown that a commonly used approach generates the correct spectra in nearly all cases, except those when the harmonic structure is important. Here we provide an explanation for this using an alternative, classical argument.

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Within current-density-functional theory, we have studied a quantum dot made of 210 electrons confined in a disk geometry. The ground state of this large dot exhibits some features as a function of the magnetic field (Beta) that can be attributed in a clear way to the formation of compressible and incompressible states of the system. The orbital and spin angular momenta, the total energy, ionization and electron chemical potentials of the ground state, as well as the frequencies of far-infrared edge modes are calculated as a function of Beta, and compared with available experimental and theoretical results.

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Die Arbeit behandelt die numerische Untersuchung von Wasserstoff-Moleküldynamik in starken Laserfeldern. Im Speziellen wird die Struktur von Ionisationsspektren bei Einfach-Photoionisation betrachtet. Korrelationen zwischen Elektron- und Kernbewegung werden identifiziert und mit Effekten in den Energiespektren in Verbindung gebracht. Dabei wird stets auf die Integration der zeitabhängigen Schrödingergleichung zurückgegriffen.

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Intensive, ultrakurze Laserpulse regen Festkörper in einen Zustand an, in dem die Elektronen hohe Temperaturen erlangen, während das Gitter kalt bleibt. Die heißen Elektronen beeinflussen das sog. Laser-angeregte interatomare Potential bzw. die Potentialenergiefläche, auf der die Ionen sich bewegen. Dieses kann neben anderen ultrakurzen Prozessen zu Änderungen der Phononfrequenzen (phonon softening oder phonon hardening) führen. Viele ultrakurze strukturelle Phänomene in Festkörpern hängen bei hohen Laseranregungen von Änderungen der Phononfrequenzen bei niedrigeren Anregungen ab. Um die Laser-bedingten Änderungen des Phononenspektrums von Festkörpern beschreiben zu können, haben wir ein auf Temperatur-abhängiger Dichtefunktionaltheorie basierendes Verfahren entwickelt. Die dramatischen Änderungen nach einer Laseranregung in der Potentialenergiefläche werden durch die starke Veränderung der Zustandsdichte und der Besetzungen der Elektronen hervorgerufen. Diese Änderungen in der Zustandsdichte und den Besetzungszahlen können wir mit unserer Methode berechnen, um dann damit das Verhalten der Phononen nach einer Laseranregung zu analysieren. Auf diese Art und Weise studierten wir den Einfluss einer Anregung mit einem intensiven, ultrakurzen Laserpuls auf repräsentative Phonon Eigenmoden in Magnesium, Kupfer und Aluminium. Wir stellten dabei in manchen Gitterschwingungen entweder eine Abnahme (softening) und in anderen eine Zunahme (hardening) der Eigenfrequenz fest. Manche Moden zeigten bei Variation der Laseranregungsstärke sogar beide Verhaltensweisen. Das eine Phonon-Eigenmode ein hardening und softening zeigen kann, wird durch das Vorhandensein von van Hove Singularitäten in der elektronischen Zustandsdichte des betrachteten Materials erklärt. Für diesen Fall stellt unser Verfahren zusammen mit der Sommerfeld-Entwicklung die Eigenschaften der Festkörper Vibrationen in Verbindung mit den Laser induzierten Veränderungen in den elektronischen Besetzungen für verschiedene Phonon-eingefrorene Atomkonfigurationen. Auch die absolute Größe des softening und hardening wurde berechnet. Wir nehmen an, dass unsere Theorie Licht in die Effekte der Laseranregung von verschiedenen Materialien bringt. Außerdem studierten wir mit Hilfe von Dichtefunktionaltheorie die strukturellen Material-Eigenschaften, die durch kurze XUV Pulse induziert werden. Warme dichte Materie in Ultrakurzpuls angeregten Magnesium wurde analysiert und verglichen mit den Ergebnissen bei durch Laser Anregung bedingten Änderungen. Unter Verwendung von elektronischer-Temperatur-abhängiger Dichtefunktionaltheorie wurden die Änderungen in den Bindungseigenschaften von warmen dichten Magnesium studiert. Wir stellten dabei beide Effekte, Verstärkung und Abschwächung von Bindungen, bei jeweils verschiedenen Phonon Eigenmoden von Magnesium auf Grund von der Erzeugung von Rumpflöchern und dem Vorhandensein von heißen Elektronen fest. Die zusätzliche Erzeugung von heißen Elektronen führt zu einer Änderung der Bindungscharakteristik, die der Änderung, die durch die bereits vorhandenen Rumpflöcher hervorgerufen wurde, entgegen wirkt. Die thermischen Eigenschaften von Nanostrukturen sind teilweise sehr wichtig für elektronische Bauteile. Wir studierten hier ebenfalls den Effekt einer einzelnen Graphen Lage auf Kupfer. Dazu untersuchten wir mit Dichtefunktionaltheorie die strukturellen- und Schwingungseigenschaften von Graphen auf einem Kupfer Substrat. Wir zeigen, dass die schwache Wechselwirkung zwischen Graphen und Kupfer die Frequenz der aus der Ebene gerichteten akustischen Phonon Eigenmode anhebt und die Entartung zwischen den aus der Ebene gerichteten akustischen und optischen Phononen im K-Punkt des Graphen Spektrums aufhebt. Zusätzlich führten wir ab initio Berechnungen zur inelastischen Streuung eines Helium Atoms mit Graphen auf einem Kuper(111) Substrat durch. Wir berechneten dazu das Leistungsspektrum, das uns eine Idee über die verschiedenen Gitterschwingungen des Graphene-Kuper(111) Systems gibt, die durch die Kollision des Helium Atom angeregt werden. Wir brachten die Positionen der Peaks im Leistungsspektrum mit den Phonon Eigenfrequenzen, die wir aus den statischen Rechnungen erhalten haben, in Beziehung. Unsere Ergebnisse werden auch verglichen mit den Ergebnissen experimenteller Daten zur Helium Streuung an Graphen-Kupfer(111) Oberflächen.

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An analytical study of the relativistic interaction of a linearly-polarized laser-field of w frequency with highly overdense plasma is presented. Very intense high harmonics are generated produced by relativistic mirrors effects due to the relativistic electron plasma oscillation. Also, in agreement with 1D Particle-In-Cell Simulations (PICS), the model self-consistently explains the transition between the sheath inverse bremsstrahlung (SIB) absorption regime and the J×B heating (responsible for the 2w electron bunches), as well as the mean electron energy.

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Multiple ion acceleration mechanisms can occur when an ultrathin foil is irradiated with an intense laser pulse, with the dominant mechanism changing over the course of the interaction. Measurement of the spatial-intensity distribution of the beam of energetic protons is used to investigate the transition from radiation pressure acceleration to transparency-driven processes. It is shown numerically that radiation pressure drives an increased expansion of the target ions within the spatial extent of the laser focal spot, which induces a radial deflection of relatively low energy sheath-accelerated protons to form an annular distribution. Through variation of the target foil thickness, the opening angle of the ring is shown to be correlated to the point in time transparency occurs during the interaction and is maximized when it occurs at the peak of the laser intensity profile. Corresponding experimental measurements of the ring size variation with target thickness exhibit the same trends and provide insight into the intra-pulse laser-plasma evolution.