Передача электромагнитных волн (например, лазеров) в плазме — фундаментальная проблема физики плазмы. Как правило, электромагнитные волны не могут передаваться в сверхплотной плазме, но их передача и передача энергии играют ключевую роль в таких приложениях, как быстрый лазерный синтез, лазерное ускорение частиц, а также источники сверхкороткого и сверхяркого излучения. В 1996 году профессор С.Э. Харрис из Стэнфордского университета был вдохновлен концепцией электромагнитно-индуцированной прозрачности (ЭИТ) в атомной физике. Электромагнитно-индуцированная прозрачность (ЭИТ) в атомной физике, профессор С.Э. Харрис предложил механизм электромагнитно-индуцированной прозрачности (ЭИТ) в плазме, т.е. с помощью луча высокочастотного лазерного света, низкочастотного лазерного света, который изначально неспособный передаваться, может передаваться в плазме высокой плотности. Однако последующие исследования показали, что ЭИП не может происходить в реальной плазме с границами, но эти исследования ограничены диапазоном интенсивности слабого релятивистского лазера.
Недавно исследовательская группа, состоящая из исследователя Ютуна Ли из Института физики Китайской академии наук/Национального исследовательского центра физики конденсированного состояния в Пекине и профессора Вейминя Вана с кафедры физики Китайского университета Жэньминь, использовала самостоятельно разработанный Программа моделирования частиц KLAPS обнаружила, что после того, как низкочастотный лазер попадает в плазму одновременно с релятивистски усиленным высокочастотным лазером, низкочастотный лазер может проникать в эту плазму; однако, когда поляризация двух лазеров перпендикулярна, это аномально. Однако, когда поляризации двух лазерных лучей перпендикулярны, это аномальное явление пропускания исчезает, тем самым исключая общий релятивистский эффект прозрачности. Команда разработала модель трехволновой связи при релятивистской интенсивности света, которая определяет полосу пропускания частоты, в которой происходит EIT. При релятивистской интенсивности света ширина этой полосы пропускания достаточна для обеспечения стабильного пропускания низкочастотных лазеров; однако при слабой релятивистской интенсивности света полоса пропускания сужается до изолированной точки, которую трудно поддерживать, и это объясняет, почему эффект ЭИТ не мог возникнуть в слабых релятивистских условиях в предыдущих исследованиях. Эта работа показывает, что электромагнитно-индуцированный эффект прозрачности, который возникает в атомной физике, может также иметь место в физике плазмы. Это явление можно напрямую применить к двухконусному столкновительному зажиганию (DCI) и лазерному синтезу с быстрым зажиганием для повышения эффективности лазерной связи и выхода быстрых электронов.
Результаты исследования были опубликованы 7 февраля 2024 года в журнале Physical Review Letters под заголовком «Электромагнитно-индуцированная прозрачность в сильно релятивистском режиме». Письма о физических обзорах). Тиехуай Чжан, аспирант Института физики Китайской академии наук (IPS), является первым автором статьи, а профессор Вэйминь Ван из Китайского университета Жэньминь, Ютун Ли из IPS — соответствующие авторы, а академик Цзе Чжан — соавтор. Тема этого исследования взята из «Новой программы лазерного синтеза» Стратегического пилотного проекта (класс A) Китайской академии наук, возглавляемого академиком Цзе Чжаном и поддерживаемого Национальным фондом естественных наук Китая и другими организациями.
Рисунок 1: [(a), (b)] Частотные спектры собранного лазерного поля за ограниченной областью плазмы и [(c), (d)] Эволюция сигналов отфильтрованного лазерного поля во времени, где различные кривые соответствуют возникновение смешения двухцветных полей, чисто накачиваемой волны и чисто низкочастотной волны. (e), (f)] Эволюция форм сигналов отфильтрованного лазерного поля во времени для смешивания падающего двухцветного поля, где синие и красные линии соответствуют параллельности и перпендикулярности поляризации соответственно. Верхняя и нижняя линии соответствуют двум исходным настройкам: высокой и низкой плотности соответственно.
Рисунок 2: Дисперсионные соотношения доминирующей ветви волны Стокса, заданные аналитической моделью для (а) установки с высокой плотностью и (б) установки с низкой плотностью, где появляется более широкая полоса пропускания (выделена ярко-желтым цветом). (c) Результаты одномерного моделирования PIC для различных интенсивностей света после фиксации отношения начальной плотности плазмы к эффективной критической плотности с положениями полосы пропускания EIT, заданными моделью. (d) Результаты моделирования PIC с положениями полос пропускания, заданными моделью для различной интенсивности света и различных настроек плотности.
Рисунок 3: Эволюция интенсивности сигнала волны Стокса (синяя линия, левая ось), обратной волны Стокса (черная линия, левая ось) и волны накачки (красная линия, правая ось) относительно пространственного положения, при однородной плазме распределены в интервале 10λ0 < x < 30λ0 для начальных условий. (Графики (a)-(c) имеют одинаковую интенсивность света и разные начальные плотности. (График (d) дает результаты моделирования для слаборелятивистского случая, которые согласуются с выводами предыдущих исследований.
