Investigación

 

Third harmonic conversion efficiency from laser-dense plasma interactions

 

R. Ondarza

 

Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares, Apartado Postal 18-1027, México 11801, D.F., Mex.

 

Recibido el 10 de febrero de 2005.
Aceptado el 27 de junio de 2005.

 

Abstract

A perturbative nonlinear procedure is used to account for the conversion efficiency of the third harmonic reflected from a dense plasma illuminated by a short laser pulse. It is found that the power ratio of the third harmonic to that of the fundamental is given by P₃/P₀ ~ α⁴₀ (ω₀/ω_p)², where a₀ is the amplitude of the incident wave, and ω₀and ω_p are the optical and plasma frequency, respectively. This power ratio was found to be in agreement with particle-in-cell (PIC) simulations. Furthermore, the model presented here predicts a resonant enhancement around a density four times critical. This effect is captured as well by numerical simulations, and proved to be a distinctive feature in the radiation spectra.

Keywords: Laser-plasma interaction; high harmonic generation.

 

Resumen

Se emplea un método perturbativo para calcular la eficiencia en la emisión del tercer armónico por reflexión de un plasma denso en la interacción de un pulso corto de luz láser. Se encuentra que la potencia emitida está dada por P₃/P₀ ~α⁴₀ (ω₀/ω_p)², donde a₀ es la amplitud de la onda incidente, ω₀y ω_p son las frecuencias óptica y del plasma, respectivamente. La potencia obtenida se encuentra en concordancia con aquella observada por medio de la simulación numérica de partículas. Además, el método aquí presentado predice un efecto resonante alrededor de una densidad de plasma que corresponde a cuatro veces su valor crítico. Este efecto se observa, así mismo, en las simulaciones numéricas, siendo una característica distintiva en los espectros de emisión.

Descriptores: Interacción plasma-láser; generación de armónicos.

 

PACS: 52.50.Jm; 52.65.Rr; 52.25.Os

 

DESCARGAR ARTÍCULO EN FORMATO PDF

 

Acknowledgments

The author thanks Prof. T.J.M. Boyd for useful discussions and acknowledges financial support from the Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT) under Contract No. 43621-F.

 

References

1. J. D. Kmetec, C. L. Gordon III, J. J. Mackin, B. E. Lemoff, G. S. Brown and S. E. Harris, Phys. Rev. Lett. 68 (1992) 1527.         [ Links ]

2. F. N. Beg, A. R. Bell, A. E. Dangor, C. N. Danson, A. P. Fews, M. E. Glinsky, B. A. Hammel, P. Lee, P. A. Norreys and M. Tatarakis, Phys. Plasmas 4 (1997) 447.         [ Links ]

3. R. L. Carman, C. K. Rhodes and R. F. Benjamin, Phys. Rev. A 24 (1981) 2649.         [ Links ]

4. R. L. Carman, D. W. Forslund and J. M. Kindel, Phys. Rev. Lett. 46 (1981) 29.         [ Links ]

5. P. Gibbon, Phys. Rev. Lett. 76 (1996) 50.         [ Links ]

6. P. A. Norreys, M. Zepf, S. Moustaizis, A. P. Fews, J. Zhang, P. Lee, M. Bakarezos, C. N. Danson, A. Dyson, P. Gibbon, P. Loukakos, D. Neely, F. N. Walsh, J. S. Wark and A. E. Dangor, Phys. Rev. Lett. 76 (1996) 1832.         [ Links ]

7. D. von der Linde, T. Engers, G. Jenke, P. Agostini, G. Grillon, E. Nibbering, A. Mysyrowicz and A. Antonetti, Phys. Rev. A 52 (1995) R25.         [ Links ]

8. S. Kohlweyer, G. D. Tsakiris, C. -G. Wahlström, C. Tillman and I. Mercer, Opt. Commun. 117 (1995) 431.         [ Links ]

9. F. Brunel, Phys. Rev. Lett. 59 (1987) 52.         [ Links ]

10. S. V. Bulanov and N. M. Naumova, Phys. Plasmas 1 (1994) 745.         [ Links ]

11 . R. Lichters, J. Meyer-ter-Vehn and A. Pukhov, Phys. Plasmas 3 (1996) 3425.         [ Links ]

12. P. Gibbon, IEEE J. Quantum Electron. 33 (1997) 1915.         [ Links ]

13. I. Watts, M. Zepf, E. L. Clark, M. Tatarakis, K. Krushelnick, A. E. Dangor, R. M. Allot, R. J. Clarke, D. Neely and P. A. Norreys, Phys. Rev. Lett. 88 (2002) 155001.         [ Links ]

14. U. Teubner, D. Altenbernd, P. Gibbon, E. Förster, A. Mysyrowicz, P. Audebert, J. -P. Geindre, J. -C. Gauthier, R. Lichters and J. Meyer-ter-Vehn, Opt. Commun. 144 (1997) 217.         [ Links ]

15. R. Lichters and J. Meyer-ter-Vehn, Multiphoton Processes (Institute of Physics Publishing, Bristol and Philadelphia, 1997).         [ Links ]

16 . R. Ondarza-Rovira and T. J. M. Boyd, Phys. Plasmas 7 (2000) 1520.         [ Links ]

17. T. J. M. Boyd and R. Ondarza-Rovira, Phys. Rev. Lett. 85 (2000) 1440.         [ Links ]

18. S. C. Wilks, W. L. Kruer and W. B. Mori, IEEE Trans. Plasma Sci. 21 (1993) 120.         [ Links ]

19. C. K. Birdsall and A. B. Langdon, Plasma Physics via Computer Simulation, (Institute of Physics Publishing, Bristol and Philadelphia, 1995).         [ Links ]

20. A. B. Langdon and B. F. Lasinski, Meth. Comput. Phys. 16 (1976) 327.         [ Links ]

21. R. Ondarza, Phys. Rev. E 67 (2003) 066401.         [ Links ]