icmmg_eaberendeev_202208.pdf

• Евгений Андреевич Берендеев, ИВМиМГ СО РАН

В ходе выполнения проекта были разработаны численные коды на основе метода частиц в ячейках, позволяющие моделировать генерацию мощного терагерцового излучения при столкновении в газовой струе двух фемтосекундных лазерных импульсов. С помощью разработанного аксиально симметричного 2D3V PIC-кода проведено численное моделирование лобового столкновения лазерных пучков. Была создана модель самосогласованных процессов полевой ионизации гелия. На основе этой модели было подтверждено, что поперечные неоднородности плотности в образуемом плазменном канале не оказывают сильного влияния на динамику лазерных кильватерных волн, благодаря чему этот лёгкий газ может быть выбран в качестве основного рабочего газа. Был разработан параллельный алгоритм движения частиц в аксиально-симметричной геометрии с учётом процессов ионизации и адаптивной концентрации. Кроме того, относительно низкая ресурсоёмкость двумерной модели позволила исследовать зависимость эффективности генерации излучения на второй гармонике плазменной частоты от задержки между приходами лазерных пучков в точку фокуса и установить её оптимальное значение (широкий пучок должен приходить на 2.5 пс раньше узкого при базовых параметрах эксперимента). Чтобы понять, насколько сильно эффективность схемы и угловое распределение генерируемого излучения чувствительны к конечному углу между лазерными осями, была создана полная 3D модель. Расчёты по этой модели полностью подтвердили предсказания теории, основанной на вычислении интенсивности излучения в дальней зоне источника, что позволило дать рекомендации по правильному размещению диагностик ТГц излучения в эксперименте. В двумерном варианте этой модели были также исследованы процессы возбуждения профилированных кильватерных волн с помощью интерферирующих лазерных импульсов и показано, что столкновение таких плазменных волн делает схему в десятки раз более эффективной и масштабируемой на самые мощные в мире лазерные системы.

• Гос.задание № 0315-2019-0009
• Грант РФФИ № 19-07-00446 «Разработка алгоритмов и программного обеспечения для суперкомпьютерного моделирования терагерцового излучения в плазме», руководитель - Евгений Андреевич Берендеев

• I.V.Timofeev, E.A. Berendeev, V.V. Annenkov, E.P. Volchok, V.I. Trunov. Optimal synchronization of laser pulses in THz generation scheme with colliding plasma wakes // Physics of Plasmas, 2021, v. 28, issue 1, DOI: 10.1063/5.0029848
• E A Berendeev, I V Timofeev, E P Volchok and V V Annenkov. PIC simulations of high-power THz radiation produced by the collision of profiled plasma wakefields // J. Phys.: Conf. Ser. 2028 012008 (2021)