خود - کانونی باریکه لیزر کسینوس هیپربولیک گاوسی در رژیم پاندرماتیو نسبیتی ضعیف در پلاسمای کوانتومی حرارتی

نوع مقاله : فیزیک پلاسما

نویسندگان

1 دانشیار، دانشگاه مازندران، بابلسر ، ایران

2 استادیار،دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران

چکیده

در این مقاله، خود-کانونی پرتو لیزر کسینوس هیپربولیک گاوسی در پلاسمای کوانتومی حرارتی با درنظرگرفتن اثرات غیرخطی‌های نسبیتی و پاندرماتیو بررسی می‌شود. معادله دیفرانسیل غیرخطی برای پارامتر پهنای باریکه f به دست می‌آید و با استفاده از روش رانگ‌کوتا مرتبه چهارم، آن را به‌صورت عددی حل می‌کنیم. تحلیل عددی نشان می‌دهد که پارامترهای مدل حاضر، مانند پارامتر غیرمتمرکز، شدت لیزر، چگالی الکترونی اصلاح شده پلاسما به دلیل نیروی پاندرماتیو نسبیتی و دمای فرمی الکترون‌ها نقش مهمی در کنترل دینامیک پروفایل پرتو لیزر دارند. مقایسه‌ای بین خود-کانونی باریکه کسینوس هیپربولیک گاوسی در پلاسمای کوانتومی حرارتی و پلاسمای کوانتومی سرد، هنگامی‌که هر دو اثر غیرخطی نسبیتی و پاندرماتیو در نظر گرفته می‌شوند، انجام شد. نشان‌داده‌شده است که افزایش پارامتر غیرمتمرکز باریکه لیزر کسینوس هیپربولیک گاوسی، منجر به کاهش طول خود-کانونی می‌شود. مشاهده شده است که افزایش دمای فرمی الکترون باعث افزایش خود-کانونی می‌شود و در نتیجه مقدار طول کانونی کاهش می‌یابد. همچنین مشاهده شده است که خود-کانونی زودتر و قوی‌تر با افزایش شدت لیزر رخ می‌دهد. نتایج نشان می‌دهند، باریکه لیزر کسینوس هیپربولیک گاوسی باعث کانونی شدن بهتر در پلاسمای کوانتومی حرارتی در مقایسه با پرتو لیزر گوسی شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Self-focusing of a cosh-Gaussian laser beam in weakly relativistic ponderomotive regime in thermal quantum plasma

نویسندگان [English]

  • T Mohsenpuor, 1
  • davod Asgharnejad 2
1 Associate Professor, Mazandaran University, Babolsar, Iran
2 Assistant Professor, Mazandaran University, Babolsar, Iran
چکیده [English]

In this work, the self-focusing of a cosh-Gaussian laser beam in a thermal quantum plasma is investigated by considering relativistic and ponderomotive nonlinearities. The non-linear differential equation for the beam width parameter f is obtained and solved it numerically using the fourth-order Runge-Kutta method. Numerical analysis has shown that the present model’s parameters, such as the decentered parameter, laser intensity, modified electron density of plasma play a vital role in controlling the profile dynamics of the laser beam due to relativistic ponderomotive force and electrons Fermi temperature. A comparison was made between the self-focusing of a cosh-Gaussian laser beam in thermal quantum plasma and cold quantum plasma, when both relativistic and ponderomotive non-linear effects are considered. It is shown that increasing the decentered parameter in the cosh-Gaussian laser beam leads to a better reduction in self-focusing length. It has been observed that increasing the electron Fermi temperature increases self-focusing, resulting in a decrease in the focal length. Furthermore, it has been observed that self-focusing occurs earlier and becomes stronger with increasing laser intensity. It has been found that the cosh-Gaussian laser beam has caused better focusing in thermal quantum plasma compared to the Gaussian laser beam.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Relativistic ponderomotive
  • Self-focusing
  • Thermal quantum plasma
  • Beam width
  • cosh-Gaussian

Smiley face

مراجع

[1]      Abrahimi. M. B.; Abdoli-Arani, A. “Effect of Strong Uniform Axial magnetic Field on the TE and TM Modes Fields and Injected Electron Dynamic in the Plasma Waveguide With Piet Hein Cross Section”; Applied Electromagnetics 2022, 10, 125-138 (In Persian). dor:20.1001.1.26455153.1401.10.2.11.7.
[2]      Rahmani, Z.; Abdoli-Arani, A.; Pirizad-Hejrandoost, S. “The Investigation of Electromagnetic Waves Scattering by a Warm Plasma Antenna with an Elliptical Cross Section”; Radar 2021, 9, 57-63 (In Persian). dor:20.1001.1.23454024.1400. 9.1.6.8.
[3]      Khojeh, G.; Abdoli-Arani, A. “Calculation of the Resonance Frequency of a Toroidal Plasma”; Applied Electromagnetics 2021, 9, 63-70 (In Persian). dor:20.1001.1.26455153.1400. 9.2.8.7.
[4]      Alizadehfar, M.; Rahmani Z.; Abdoli-Arani, A.; “Excitation and Amplification of Hybrid Modes in Circular-Elliptic Combined Plasma Waveguides Including Relativistic Electron Beam”; Applied Electromagnetics 2023, 11, 61-73 (In Persian). dor:20.1001.1.26455153.1402.11.1.7.8.
[5]      Tissandier, F.; Jurkovičová, L.; Gautier, J.; Staněk, M.; Finke, O.; Albrecht, M.; Nejdl, J.; Hort, O.; Sebban, S. “Demonstration of a kHz-Repetition-Rate Extreme Ultraviolet Laser at 41.8 nm”; Opt. Lett. 2024, 49, 6321–6324. doi:10,1364/OL,38340. 
[6]      Huang, L. G.; Takabe, H; Cowan, T. E.; “Maximizing Magnetic Field Generation in High Power Laser–Solid Interactions”; High Power Laser Sci. Eng. 2019, 7. doi: 10.1017/hpl.2019.9.
[7]      Campbell, E. M.; Sangster, T. C.; Goncharov, V. N.; Zuegel, J. D.; Morse, S. F. B.; Sorce, C.; Collins, G. W.; Wei, M. S.; Betti, R.; Regan, S. P.; Froula, D. H. “Direct-Drive Laser Fusion: Status, Plans and Future”; Philos. Trans. A Math. Phys. Eng. Sci. 2021, 379, 20200011. doi:10,1098/rsta,2020.0011.
[8]      Thakur, V.; Kant, N.; Vij, S. “Harmonic Generation by an Interaction of Laser With an Array of Anharmonic Carbon Nanotubes”; Chin. J. Phys. 2021, 71, 660–668. doi:10.1016/ j.cjph.2021.04.002.
[9]      Mourou, G. A.; Tajima, T.;  Bulanov, S. V. “Optics in the Relativistic Regime”; Rev. Mod. Phys. 2006, 78, 309–371. doi:10.1103/RevModPhys.78.309. 
[10]      Zare, S.; Yazdani, E.; Rezaee, S.; Anvari, A; Sadighi-Bonabi, R. “Relativistic Self-Focusing of Intense Laser Beam in Thermal Collisionless Quantum Plasma With Ramped Density Profile”; Phys. Rev. Spec. Top. Accel. Beams 2015, 18.  doi:10.1103/PhysRevSTAB.18.041301.
[11]      Javan, N. S.; Azad, M. H. “Thermal Behavior Change in the Self-Focusing of an Intense Laser Beam in Magnetized Electron-Ion-Positron Plasma”; Laser Part. Beams 2014, 32, 321–330.  doi:10.1017/S0263034614000184. 
[12]      Gill, T. S.; Kaur, R.; Mahajan, R. “Self-Focusing of Super-Gaussian Laser Beam Inmagnetized Plasma Under Relativistic and Ponderomotive Regime”; Optik  2015, 126, 1683–1690, doi: 10.1016/j.ijleo.2015.05.031.
[13]      Shukla, P. K.; Eliasson, B. “Nonlinear Aspects of Quantum Plasma Physics”; Phys.--Usp. 2010, 53, 51–76. doi:10.3367/ UFNe.0180.201001b.0055.
[14]      Aggarwal, M.; Kumar, H.; Mahajan, R.; Arora, N. S.; Gill, T. S. “Relativistic Ponderomotive Self-Focusing of Quadruple Gaussian Laser Beam in Cold Quantum Plasma”; Laser Part. Beams. 2018, 36, 353–358. doi:10.1017/S026303461800023X.
[15]      Zare, S.; Rezaee, S.; Yazdani, E.; Anvari, A.; Sadighi-Bonabi, R. “Relativistic Gaussian Laser Beam Self-Focusing in Collisional Quantum Plasmas”, Laser Part. Beams 2015, 33, 397–403. doi:10.1017/S0263034615000063.
[16]      Yaalou, M.; Hricha, Z.; Belafhal, A. “Transformation of a vortex cosine-hyperbolic-Gaussian beam by an airy transform optical system”; Optical and Quantum Electronics 2023, 55, 875. doi:10.1007/s11082-023-05133-9.
[17]      Kant, N.; Vij, S.; Chakravarti, S. K.; Kushwaha, J. P.; Thakur, V. “Relativistic Self-Focusing of Hermite-Cosh-Gaussian Laser Beam in Magnetoplasma With Exponential Plasma Density Ramp”, Commun. Theor. Phys. 2019, 71, 1469. doi:10.1088/ 0253-6102/71/12/1469.
[18]      Nanda, V.; Ghotra, H. S.; Kant, N. “Early and Strong Relativistic Self-Focusing of Cosh-Gaussian Laser Beam in Cold Quantum Plasma”, Optik 2018, 156, 191–196. doi: 10.1016/j.ijleo.2017.10.147.
[19]      Patil, S. D.; Takale, M. V.; Navare, S. T.; Dongare, M. B.; Fulari, V. J. “Self-Focusing of Gaussian Laser Beam in Relativistic Cold Quantum Plasma”; Optik 2013, 124, 180–183. doi:10.1016/J.IJLEO.2011.11.061. 
[20]      Wani, M. A.; Ghotra, H. S.; Kant, N. “Self-Focusing of Hermite-Cosh-Gaussian Laser Beam in Semiconductor Quantum Plasma”; Optik. 2018, 154, 497–502. doi:10.1016/ j.ijleo.2017.10.058.
[21]      Thakur, V.; Kumar, S.; Kant, N. “Self-Focusing of a Bessel–Gaussian Laser Beam in Plasma Under Density Transition”; J. Nonlinear Opt. Phys. Mater. 2024, 33. doi:10.1142/ S0218863523500388. 
علوم و فناوریهای پدافند نوین
دوره 15، شماره 2 - شماره پیاپی 56
تابستان 1403
شهریور 1403
صفحه 119-126

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 13 خرداد 1403
  • تاریخ بازنگری: 20 تیر 1403
  • تاریخ پذیرش: 20 مرداد 1403
  • تاریخ انتشار: 01 شهریور 1403

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار