ИСТИНА

Целью проекта является теоретическое исследование метода управляемого усиления терагерцовых импульсов в неравновесной фотоионизационной плазме в присутствии внешнего статического магнитного поля. Метод основан на явлении циклотронного резонанса, который позволяет значительно увеличить эффект усиления низкочастнотного сигнала в плазме в рамках механизма, предложенного и детально исследованного ранее авторами проекта [A. V. Bogatskaya and A. M. Popov. On the possibility of the amplification of subterahertz electromagnetic radiation in a plasma channel created by a high-intensity ultrashort laser pulse. JETP Letters, 97(7):388–392, 2013]. Меняя величину магнитного поля, оказывается возможным управлять диапазоном усиливаемых частот в пределах спектральной ширины затравочного импульса, а также состоянием поляризации усиливаемого поля. В рамках проекта планируется самосогласованный анализ кинетического уравнения Больцмана для эволюции неравновесной замагниченной плазмы и волнового уравнения второго порядка с целью исследования возможности создания импульсов с управляемыми спектральными и поляризационными свойствами, и выявления предельных характеристик процесса конверсии энергии плазменного канала в энергию терагерцового излучения. Новизна планируемых исследований обусловлена использованием и развитием сформулированными авторами новых идей и подходов, посвященных усилению электромагнитных импульсов (суб)терагарцового диапазона, в том числе предельно короткой длительности, в неравновесных протяженных плазменных средах, созданных в результате многофотонной ионизации мощными фемтосекундными лазерными импульсами. Решение планируемых в рамках проекта задач позволит предложить концепцию перестраиваемого по частоте усилителя, на выходе которого можно будет получать сигналы в том числе с циркулярной и эллиптической поляризациями. Последнее представляет актуальность для поляризационно-зависимой терагерцовой спектроскопии, а именно для изучения хиральных структур макромолекул, таких как белки и ДНК-структуры, а также имеет фундаментальный интерес, так как обеспечивает дополнительную степень свободы для исследования новых режимов взаимодействия излучения с веществом.

The project is devoted to the theoretical study of the method of controlled amplification of terahertz pulses in nonequilibrium photoionization plasma in the presence of external static magnetic field. The method is based on the cyclotron resonance phenomenon which can significantly increase the effect of amplification of low-frequency signal in plasma within the framework of mechanism proposed and previously studied by the authors of the project [A. V. Bogatskaya and A. M. Popov. On the possibility of the amplification of subterahertz electromagnetic radiation in a plasma channel created by a high-intensity ultrashort laser pulse. JETP Letters, 97 (7): 388–392, 2013]. By varying the magnitude of magnetic field it is possible to control the range of amplified frequencies within the spectral width as well as the polarization state of amplified field. We plan to implement self-consistent analysis of Boltzmann kinetic equation for the evolution of a nonequilibrium magnetized plasma and second-order wave equation to study the possibility to form pulses with controlled spectral and polarization properties and to identify the threshold characteristics of energy conversion from plasma channel into terahertz radiation. The novelty of planned studies is due to the usage and development of new ideas and approaches, formulated by the authors, which are devoted to the amplification of electromagnetic pulses in the (sub)terahartz range, including those extremely short, in nonequilibrium extended plasma media formed as a result of multiphoton ionization by high-power femtosecond laser pulses. The implementation of the project problems will make it possible to propose the concept of a frequency-tunable amplifier which allows to produce signals with circular and elliptical polarizations. The latter is relevant for polarization-dependent terahertz spectroscopy, namely, for studying the chiral macromolecules, such as proteins and DNA structures, and is also of fundamental interest since it provides an additional degree of freedom for studying the new regimes of radiation interaction with matter.