ИСТИНА

Основной задачей проекта является исследование характеристик мощного излучения, возникающего в процессе взаимодействия неадиабатического лазерного импульса петаваттной мощности с наноразмерными объектами – нанопленками, нанотрубками и нанокластерами. При падении мощного лазерного импульса с крутым фронтом на нанообъект возможно полное вытеснение электронов из него, в результате чего формируется одиночный сгусток, имеющий релятивистскую скорость направленного движения и близкую к твердотельной плотность заряда. В момент формирования и начального ускорения такого сгустка излучается мощный импульс электромагнитного излучения с широким спектром частот, при этом спектральный состав излучения существенным образом зависит от угла между направлением наблюдения и волновым вектором ускоряющего лазерного импульса. В частности, мощные сверкороткие импульсы дальнего ультрафиолетового или рентгеновского диапазонов могут излучаться в направлениях, близких к направлению распространения лазерного импульса. В дальнейшем сгусток электронов осциллирует около ионов, которые остаются практически неподвижными в процессе взаимодействия. В результате таких колебаний генерируются несколько периодов излучения с частотой, которая определяется параметрами системы и лежит в терагерцевом или далеком инфракрасном диапазонах. Для исследований будет применяться метод численного моделирования «частица в ячейке». В проекте предполагается также разработать принципы формирования мишеней, обеспечивающих наилучшие характеристики излучения.

В 2014 году были продолжены исследования по генерации мощного излучения при взаимодействии релятивистских лазерных импульсов с наноразмерными объектами. Если амплитуда импульса достаточно большая, то в начале взаимодействия электроны могут вытесняться лазерным импульсом из мишени. Именно в это время ускорение электронов и, соответственно, амплитуда излучаемого поля наибольшие. В проекте была подробно исследована динамика электронных сгустков, формируемых мощным лазерным импульсом при падении на мишень, на начальной стадии их ускорения. Была предложена аналитическая модель взаимодействия и построена одномерная теория, позволяющая оценивать характерные динамические параметры системы. Для двух важных случаев (генерация одиночных однополярных импульсов излучения мощными лазерными импульсами разных поляризаций) проведено сравнение предсказаний построенной аналитической теории с результатами двумерного численного моделирования, которое показало хорошее совпадение результатов. Проведено численное исследование пространственного распределения поля излучения при взаимодействии релятивистских лазерных импульсов с наноразмерными объектами. Показано, что длительность импульса при увеличении угла от направления распространения лазерного импульса сначала возрастает, а потом уменьшается, при этом амплитуда монотонно падает. Кроме того, были детально исследованы характеристики излучения, генерируемого при взаимодействии с нанотрубками и нанокластерами лазерного импульса с минимально достижимой на настоящее время длительностью в эксперименте. Показано, что характеристики генерируемых импульсов в этих случаях существенно различаются. В 2015 году были продолжены исследования по генерации мощного излучения при взаимодействии релятивистских лазерных импульсов с наноразмерными объектами. В проекте была подробно исследована динамика электронных сгустков, формируемых мощным лазерным импульсом при падении на мишень, на начальной стадии их ускорения. Была развита аналитическая модель взаимодействия, предложенная на первых этапах, и построена одномерная теория, позволяющая оценивать характерные динамические параметры системы. Для двух важных случаев (генерация одиночных однополярных импульсов излучения мощными лазерными импульсами разных поляризаций) проведено сравнение предсказаний построенной аналитической теории с результатами двумерного численного моделирования, которое показало хорошее совпадение результатов. Проведено численное исследование пространственного распределения поля излучения при взаимодействии релятивистских лазерных импульсов с наноразмерными объектами. Кроме того, были детально исследованы характеристики излучения, генерируемого при взаимодействии с нанотрубками и нанокластерами лазерного импульса с минимально достижимой на настоящее время длительностью в эксперименте. Также было численно изучено ускорение электронов и ионов генерируемыми импульсами. Показано, что эффективность ускорения существенно повышается при использовании импульсов инфракрасного и терагерцового диапазонов.