Метод поляризационного окна в нелинейном рассеянии Комптона: влияние радиационного трения и неидеальности электронного пучка

М. А. Валяльщиков, В. Ю. Харин, С. Г. Рыкованов

  • Сколковский институт науки и технологий, территория Инновационного Центра «Сколково», г. Москва
  • Genity LLC, 444 W. Lake Street, Chicago, Illinois, USA
Аннотация: Проведено обсуждение влияния радиационного трения и квантового отклика на параметры гамма-гребенки с узкими спектральными пиками, возникающей при использовании лазерных импульсов с зависящей от времени поляризацией, что значительно уменьшает пондеромоторное уширение гармоник. Приведено детальное численное исследование влияния неидеальности электронного пучка на наблюдаемость эффекта.
Ключевые слова: рассеяние Комптона, рассеяние Томсона, метод поляризационного окна, генерация гармоник, гамма-излучение, пондеромоторное уширение.
Поступила в редакцию: 05.07.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:9, 812–818
Образец цитирования: М. А. Валяльщиков, В. Ю. Харин, С. Г. Рыкованов, “Метод поляризационного окна в нелинейном рассеянии Комптона: влияние радиационного трения и неидеальности электронного пучка”, Квантовая электроника, 51:9 (2021), 812–818 [Quantum Electron., 51:9 (2021), 812–818]

 

Влияние поперечного смещения пучков заряженных частиц на квантово-электродинамические процессы при их столкновении

М. Филипович, K. Бауманн, A. M. Пухов, А. С. Самсонов, И. Ю. Костюков

  • Institut für theoretische Physik I, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Germany
  • Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского
  • Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН, г. Нижний Новгород
Аннотация: С помощью полноразмерного трёхмерного моделирования методом частиц в ячейках рассмотрено столкновение ультрарелятивистских электронных пучков. В таком процессе на частицы могут влиять экстремальные поля встречного пучка, и взаимодействие может переходить в режим непертурбативной квантовой электродинамики. В этом экспериментально неизученном режиме излучение фотонов и рождение электрон-позитронных пар являются крайне вероятными процессами. Показано, что за счёт поперечного смещения пучков и увеличения числа частиц, находящихся в области максимума поля, можно увеличить выход как фотонов, так и электрон-позитронных пар.
Ключевые слова: коллайдер, ультрарелятивизим, излучение фотонов, рождение пар, моделирование методом частиц в ячейках.
Поступила в редакцию: 08.07.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:9, 807–811
Образец цитирования: М. Филипович, K. Бауманн, A. M. Пухов, А. С. Самсонов, И. Ю. Костюков, “Влияние поперечного смещения пучков заряженных частиц на квантово-электродинамические процессы при их столкновении”, Квантовая электроника, 51:9 (2021), 807–811 [Quantum Electron., 51:9 (2021), 807–811]

 

Особенности излучения, возникающего при туннельной ионизации атомов в лазерных пучках экстремальной интенсивности

С. В. Попруженко, Е. Б. Калымбетов

  • Федеральный исследовательский центр Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, г. Москва
  • Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН, г. Нижний Новгород
  • Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», г. Москва
Аннотация: Исследовано излучение быстрых электронов, возникающее при многократной туннельной ионизации тяжелых атомов в фокусе импульса лазерного излучения экстремальной интенсивности, превышающей 1022 Вт/см2. Показано, что в широком диапазоне углов вид спектрально-углового распределения испущенных фотонов качественно определяется соотношениями, известными из теории синхротронного излучения. Выполнены оценки зависимости числа излучаемых фотонов и их характерной частоты от параметров лазерного импульса. Полученные результаты могут быть использованы для определения максимального значения интенсивности лазерного излучения в фокусе.
Ключевые слова: сильное лазерное поле, туннельная ионизация, синхротронное излучение, мощные лазеры.
Поступила в редакцию: 09.07.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:9, 801–806
Образец цитирования: С. В. Попруженко, Е. Б. Калымбетов, “Особенности излучения, возникающего при туннельной ионизации атомов в лазерных пучках экстремальной интенсивности”, Квантовая электроника, 51:9 (2021), 801–806 [Quantum Electron., 51:9 (2021), 801–806]

 

Генерация электрон-позитронных пар в результате лазерно-ионной имплозии мишени со сферической микрополостью внутри

Д. А. Серебряков, И. Ю. Костюков, М. Мураками

  • Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН, г. Нижний Новгород
  • Institute of Laser Engineering, Osaka University, Japan
Аннотация: Лазерные мишени с микрополостями в последнее время активно исследуются, в том числе с целью генерации сверхсильных электромагнитных полей. Под действием лазерного излучения в мишени образуются потоки ионов, сходящиеся к центру микрополости. В центральной области плотность ионов может в несколько раз превышать плотность мишени, приводя к генерации экстремально сильного электрического поля и высокоэнергетических ионов. С помощью PIC-моделирования исследована динамика электронов мишени с учетом эффектов квантовой электродинамики (КЭД) и развития КЭД-каскада в области сильного поля. Показано, что рост электронной температуры приводит к существенно более эффективному образованию электрон-позитронных пар. Проанализирован вклад тормозного излучения в генерацию фотонов в центральной области микрополости. Обнаружено, что вклад тормозного излучения несущественен по сравнению с синхротронным механизмом излучения электронов в коллективном поле ионов.
Ключевые слова: лазерные импульсы, взаимодействие лазерного излучения с веществом, квантовая электродинамика, электрон-позитронные пары.
Поступила в редакцию: 15.05.2021
Исправленный вариант: 09.07.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:9, 795–800
Образец цитирования: Д. А. Серебряков, И. Ю. Костюков, М. Мураками, “Генерация электрон-позитронных пар в результате лазерно-ионной имплозии мишени со сферической микрополостью внутри”, Квантовая электроника, 51:9 (2021), 795–800 [Quantum Electron., 51:9 (2021), 795–800]

 

Роль контраста релятивистского фемтосекундного лазерного импульса при его взаимодействии со сплошными и структурированными мишенями

К. А. Иванов, С. А. Шуляпов, Д. А. Горлова, И. М. Мордвинцев, И. Н. Цымбалов, А. Б. Савельев

  • Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет
  • Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН, г. Москва
  • Институт ядерных исследований РАН, г. Москва
Аннотация: Рассмотрено влияние неизбежно присутствующего в экспериментах преплазменного слоя на ускорение электронов и ионов при взаимодействии фемтосекундного лазерного импульса релятивистской интенсивности с плотной плазмой. Выделены режимы взаимодействия, в которых наличие такого слоя позволяет существенно увеличить средние и максимальные энергии электронов. Обсуждены режимы, в которых с использованием искусственного наносекундного предымпульса удаётся сформировать коллимированный электронный пучок с большим зарядом и средней энергией до 10 пондеромоторных энергий в направлении отражённого или падающего лазерного пучка. Показано, что ускорение ионов, как правило, требует сверхвысокого контраста лазерного импульса, поскольку параметры ускоряемых ионных пучков существенно ухудшаются при наличии преплазмы либо вследствие испарения тонкоплёночной мишени. Обсуждены также режимы взаимодействия лазерных импульсов с толстыми мишенями, в которых за счёт очистки поверхности предымпульсом удаётся ускорить тяжёлые многозарядные ионы. Существенная часть обзора посвящена взаимодействию излучения с микро- и наноструктурированными мишенями. Рассмотрены как методы их создания, так и вопросы, связанные с взаимодействием с такими структурами фемтосекундного лазерного импульса и с его контрастом.
Ключевые слова: фемтосекундные лазерные импульсы, контраст, предымпульс, релятивистская интенсивность, ускорение электронов и ионов, наноструктуры, микроструктуры.
Поступила в редакцию: 13.07.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:9, 768–794
Образец цитирования: К. А. Иванов, С. А. Шуляпов, Д. А. Горлова, И. М. Мордвинцев, И. Н. Цымбалов, А. Б. Савельев, “Роль контраста релятивистского фемтосекундного лазерного импульса при его взаимодействии со сплошными и структурированными мишенями”, Квантовая электроника, 51:9 (2021), 768–794 [Quantum Electron., 51:9 (2021), 768–794]

 

Дизайн стартовой части субэкзаваттного лазера проекта XCELS

И. Б. Мухин, А. А. Соловьев, Е. А. Перевезенцев, А. А. Шайкин, В. Н. Гинзбург, И. В. Кузьмин, М. А. Мартьянов, И. А. Шайкин, А. А. Кузьмин, С. Ю. Миронов, И. В. Яковлев, Е. А. Хазанов

  • Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук, г. Нижний Новгород
Аннотация: Представлена концепция стартовой части проекта XCELS (eXawatt Center for Extreme Light Studies). Дизайн нацелен на достижение высокой стабильности параметров излучения и возможности управления ими в широких пределах. На выходе стартовой части будут реализованы оптически синхронизованные чирпированные импульсы сигнала (длина волны 910 нм, ширина полосы более 100 нм, длительность ~3 нс) и накачки (длина волны 1054 нм, полоса ~1 нм, длительность ~4 нс) параметрических усилителей XCELS. Чирпированные фемтосекундные импульсы с энергией свыше 100 мДж (длительность после компрессии не более 15 фс со стабилизацией фазы относительно огибающей) будут следовать с частотой до 100 Гц, что позволит реализовать активную стабилизацию энергии и минимизацию углового джиттера излучения на выходе XCELS. Применение пикосекундной накачки в параметрическом усилителе стартовой части обеспечит высокий контраст фемтосекундных импульсов. Импульс накачки будет обладать линейной частотной модуляцией, что не скажется на эффективности параметрического усиления, но позволит с использованием спектральных методов управлять его формой с целью получения заданной формы импульса на выходе силовых усилителей даже в режиме их сильного насыщения.
Ключевые слова: фемтосекундные лазеры, сверхмощные лазеры, XCELS, параметрическое усиление, оптическая синхронизация, управление профилем импульса.
Поступила в редакцию: 17.04.2021
Исправленный вариант: 11.08.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:9, 759–767
Образец цитирования: И. Б. Мухин, А. А. Соловьев, Е. А. Перевезенцев, А. А. Шайкин, В. Н. Гинзбург, И. В. Кузьмин, М. А. Мартьянов, И. А. Шайкин, А. А. Кузьмин, С. Ю. Миронов, И. В. Яковлев, Е. А. Хазанов, “Дизайн стартовой части субэкзаваттного лазера проекта XCELS”, Квантовая электроника, 51:9 (2021), 759–767 [Quantum Electron., 51:9 (2021), 759–767]

 

Порог лазерного повреждения оптики мощных лазерных систем и эффекты инкубации

С. Фурмо, Ж. К. Киффер

  • Institut National de la Recherche Scientifique – Énergie, Matériaux et Télécommunications (INRS-EMT), Université du Québec, Québec, Canada
Аннотация: Представлен метод измерения порога лазерно-индуцированного повреждения (LIDT), в котором используется негауссов лазерный пучок миллиметрового диаметра. Это позволяет с помощью одного измерения получать данные как для большого числа точек, так и для большого диапазона плотностей потока энергии. Метод применялся in situ внутри вакуумной камеры для взаимодействия лазерного излучения с веществом, используемой для экспериментов с лазерной системой высокой (100 ТВт) мощности. С помощью данной лазерной системы при частоте следования импульсов 2.5 Гц наблюдался хорошо известный эффект инкубации, когда порог лазерного повреждения оптики снижается с ростом числа лазерных выстрелов. Эффект инкубации исследован при длительности лазерного импульса 22 фс и номинальной частоте следования импульсов 2.5 Гц на нескольких оптических элементах, таких как диэлектрические зеркала и золотые решетки, при количестве лазерных выстрелов до 9 × 103.
Ключевые слова: лазерное повреждение оптики, мощные лазерные системы, эффект инкубации, флюенс.
Поступила в редакцию: 08.07.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:9, 751–758
Образец цитирования: С. Фурмо, Ж. К. Киффер, “Порог лазерного повреждения оптики мощных лазерных систем и эффекты инкубации”, Квантовая электроника, 51:9 (2021), 751–758 [Quantum Electron., 51:9 (2021), 751–758]

 

К 80-летию Сергея Николаевича Багаева

А. М. Сергеев, Ю. Ю. Балега, А. Ф. Андреев, С. Г. Гаранин, А. Г. Забродский, Л. М. Зелёный, О. Н. Крохин, Ю. Н. Кульчин, В. И. Конов, А. Г. Литвак, Г. А. Месяц, В. А. Рубаков, Р. А. Сурис, В. Ю. Хомич, И. А. Щербаков, А. М. Шалагин, С. В. Гарнов, Н. Н. Колачевский, С. А. Бабин, В. В. Кочаровский

Аннотация: 9 сентября 2021 г. исполнилось 80 лет академику Сергею Николаевичу Багаеву – выдающемуся физику и организатору науки, научному руководителю Института лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук.
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:10, 958
Образец цитирования: А. М. Сергеев, Ю. Ю. Балега, А. Ф. Андреев, С. Г. Гаранин, А. Г. Забродский, Л. М. Зелёный, О. Н. Крохин, Ю. Н. Кульчин, В. И. Конов, А. Г. Литвак, Г. А. Месяц, В. А. Рубаков, Р. А. Сурис, В. Ю. Хомич, И. А. Щербаков, А. М. Шалагин, С. В. Гарнов, Н. Н. Колачевский, С. А. Бабин, В. В. Кочаровский, “К 80-летию Сергея Николаевича Багаева”, Квантовая электроника, 51:10 (2021), 958 [Quantum Electron., 51:10 (2021), 958]

Скачать (.pdf)

Термооптические параметры кристалла калия титанил фосфата

С. Г. Гречин, П. Я. Дружинин, Д. Г. Кочиев

  • Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, г. Москва
  • Универитет ИТМО, г. С.-Петербург
Аннотация: Представлены результаты сравнительного анализа термооптических параметров кристалла калия титанил фосфата (КТР). Продемонстрирована ограниченная применимость некоторых используемых выражений для температурных производных главных значений показателей преломления. Для повышения точности определения этих параметров предложено учитывать наличие некритичного по температуре синхронизма.
Ключевые слова: нелинейные кристаллы, калий титанил фосфат, KTP, термооптические параметры, преобразование частоты, температурная ширина синхронизма.

Скачать (.pdf)

Моделирование взаимодействия поляризованного лазерного излучения с листьями растений

Ю. Н. Кульчин, А. А. Сергеев, Ю. А. Зинин, Д. О. Гольцова, С. О. Кожанов, Е. П. Субботин

  • Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН, г. Владивосток
  • Дальневосточный федеральный университет, г. Владивосток
Аннотация: Предложена оптическая модель для описания особенностей взаимодействия поляризованного лазерного излучения с листьями растений. Показано, что эпидермальный слой листьев растений обладает оптической анизотропией, возникающей в процессе их развития. Это может служить важным фактором, обусловливающим особенности взаимодействия поляризованного лазерного излучения с содержащимися в клетках листьев растений биомолекулами, белками и ферментами, для которых характерна изомерия физических и химических свойств. Проведена экспериментальная проверка предложенной модели.
Ключевые слова: поляризованное лазерное излучение, анизотропия эпидермиса, листья растения, модель взаимодействия.
Поступила в редакцию: 12.07.2021
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:10, 947–952
Образец цитирования: Ю. Н. Кульчин, А. А. Сергеев, Ю. А. Зинин, Д. О. Гольцова, С. О. Кожанов, Е. П. Субботин, “Моделирование взаимодействия поляризованного лазерного излучения с листьями растений”, Квантовая электроника, 51:10 (2021), 947–952 [Quantum Electron., 51:10 (2021), 947–952]

Скачать (.pdf)