Investigación

Density structure in low–order harmonic emission from laser–plasma interactions

T.J.M. Boyd*, R. Ondarza–Rovira**

* Centre for Physics, University of Essex, Wivenhoe Park, Colchester CO4 3SQ, Essex, UK.

** Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares, Apartado Postal 18–1027, México 11801, D.F.

Recibido el 7 de julio de 2005
Aceptado el 6 de marzo de 2006

Abstract

Multiple harmonic generation from intense laser light incident on dense plasma targets is well–established. Both the number of harmonics generated and the corresponding power in each is strongly dependent on the intensity of the incident light. In this paper, attention is focused on an aspect of harmonic generation that has hitherto been largely overlooked, namely its dependence on plasma density. In particular we show that the conversion efficiencies of odd harmonics generated for normally incident light are strongly resonant in character, the number of resonances increasing with harmonic order. In addition to this resonant behaviour, the reflected power in low–order harmonics is further complicated by plasma emission at plasma resonant densities. Only at densities well above the resonances does the radiated harmonic power decay monotonically with density. The density dependence predicted by theory for low–order harmonics is confirmed by particle–in–cell simulations.

Keywords: Laser–plasma interaction; high harmonic generation.

Resumen

La generacion de armónicos a partir de la interacción de luz láser intensa en plasmas densos ha sido ampliamente estudiada. Tanto el número de armónicos generados como la potencia emitida dependen fuertemente de la intensidad de la luz incidente. En este trabajo se da particular atención a un aspecto de la generación de armónicos que hasta ahora no ha sido considerado, a saber su dependencia con la densidad del plasma. En particular, mostramos que las eficiencias de conversión de armónicos impares generados por incidencia normal se caracterizan por ser fuertemente resonantes, el número de resonancias aumenta con el orden del armónico emitido. Además de este comportamiento resonante, la potencia reflejada en los armónicos de bajo orden es adicionalmente combinado por emisión del plasma en las densidades de plasma resonante. Sólo en las densidades por arriba de las resonantes la potencia radiada de los armónicos decae monótonamente con la densidad. La dependencia con la densidad predicha por la teoría para armonicos de bajo orden se confirma a través de la simulación numérica de partículas.

Descriptores: Interaccion plasma–láser; generación de armónicos.

PACS: 52.40.Nk; 52.50.Jm; 52.65.Rr

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Acknowledgments

One of us (TJMB) acknowledges partial support for a visit to ININ enabling the work described in this paper to be completed. Financial support from Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT) under Contract No. 43621–F is also acknowledged by ROR.

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