플라즈마에서 전자기파(예: 레이저)의 전송은 플라즈마 물리학의 근본적인 문제입니다. 일반적으로 전자기파는 과밀도 플라즈마에서는 전송될 수 없지만, 전자기파의 전송 및 에너지 전달은 고속 점화 레이저 융합, 레이저 입자 가속, 초단거리 및 초밝기 방사선 소스와 같은 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다. 1996년 스탠포드 대학의 SE Harris 교수는 원자 물리학의 전자기 유도 투명성(EIT) 개념에서 영감을 받았습니다. 원자 물리학에서 전자기 유도 투명도(EIT)인 SE Harris 교수는 고주파 레이저 광, 저주파 레이저 광의 빔을 사용하여 플라즈마의 전자기 유도 투명도(EIT) 메커니즘을 제안했습니다. 원래는 전송이 불가능했지만, 고밀도 플라즈마에서는 전송이 가능합니다. 그러나 후속 연구에 따르면 경계가 있는 실제 플라즈마에서는 EIT가 발생할 수 없지만 이러한 연구는 약한 상대론적 레이저 강도 범위로 제한됩니다.
최근 베이징 중국과학원 물리연구소/국립응집물질물리연구소 Yutong Li 연구원과 중국 런민대학교 물리학과 Wang Weimin 교수 연구팀이 자체 개발한 KLAPS 입자 시뮬레이션 프로그램은 상대론적으로 강화된 고주파 레이저와 동시에 저주파 레이저가 플라즈마에 입사된 후 저주파 레이저가 플라즈마에 침투할 수 있음을 발견했습니다. 그러나 두 레이저의 편광이 수직일 때 이 변칙적인 현상이 발생합니다. 그러나 두 레이저 빔의 편광이 수직일 때 이 변칙적인 투과 현상이 사라지므로 일반적인 상대론적 투명도 효과가 배제됩니다. 팀은 EIT가 발생하는 주파수 통과대역을 제공하는 상대론적 광 강도에서 3파장 결합 모델을 개발했습니다. 상대론적 광 강도 하에서 이 통과대역의 폭은 저주파 레이저의 안정적인 전송을 보장하기에 충분합니다. 그러나 상대론적 광 강도가 약한 경우 통과대역이 고립된 지점으로 좁아져 유지하기 어렵고 이는 이전 연구의 약한 상대론적 조건에서 EIT 효과가 발생할 수 없는 이유를 설명합니다. 이 연구는 원자 물리학에서 발생하는 전자기 유도 투명도 효과가 플라즈마 물리학에서도 발생할 수 있음을 보여줍니다. 이 현상은 이중원추 충돌 점화(DCI)와 고속 점화 레이저 융합에 직접 적용되어 레이저 결합 효율과 빠른 전자 수율을 향상시킬 수 있습니다.
연구 결과는 2024년 2월 7일자 Physical Review Letters에 "Electromagnetically Induced Transparency in the Strongly Relativistic Regime"이라는 제목으로 게재되었습니다. 실제 검토 편지). 논문의 제1저자는 중국과학원(IPS) 물리학연구소 박사과정 학생인 Tiehuai Zhang이고, 중국 런민대학교의 Weimin Wang 교수와 IPS의 Yutong Li가 교신저자이며, 학술위원이다. 공동 저자는 장지(Jie Zhang)이다. 이 연구의 주제는 Jie Zhang 학자가 주도하고 중국 국립 자연 과학 재단 및 기타 조직의 지원을 받는 중국 과학원의 전략적 파일럿 프로젝트(클래스 A)의 "새로운 레이저 융합 프로그램"에서 나온 것입니다.
그림 1: [(a), (b)] 경계 플라즈마 영역 뒤에 수집된 레이저 필드의 주파수 스펙트럼 및 [(c), (d)] 시간에 따른 필터링된 레이저 필드 파형의 진화. 여기서 서로 다른 곡선은 다음과 같습니다. 2색 필드 혼합, 순수 펌핑파 및 순수 저주파 파의 발생률입니다. (e), (f)] 입사 2색 필드 혼합에 대한 시간에 따른 필터링된 레이저 필드 파형의 진화. 여기서 파란색 선과 빨간색 선은 각각 편광 평행성과 직각성에 해당합니다. 상단 및 하단 라인은 각각 고밀도 및 저밀도의 두 가지 초기 설정에 해당합니다.
그림 2: (a) 고밀도 설정 대 (b) 더 넓은 통과 대역(밝은 노란색으로 강조 표시됨)이 나타나는 저밀도 설정에 대한 분석 모델에 의해 제공되는 스톡스 파의 주요 분기의 분산 관계. (c) 모델에 의해 주어진 EIT 통과 대역 위치를 사용하여 초기 플라즈마 밀도와 유효 임계 밀도의 비율을 고정한 후 다양한 광 강도에 대한 1차원 PIC 시뮬레이션 결과입니다. (d) 다양한 광도 및 다양한 밀도 설정에 대해 모델에 의해 제공된 통과 대역 위치를 사용한 PIC 시뮬레이션 결과.
그림 3: 플라즈마를 균일하게 사용하여 공간 위치에 대한 스톡스 파(파란색 선, 왼쪽 축), 역스토크스 파(검은색 선, 왼쪽 축) 및 펌프 파동(빨간색 선, 오른쪽 축)의 신호 강도 진화 초기 조건에 대해 10λ0 < x < 30λ0의 간격으로 분포됩니다. ((a)-(c) 플롯은 동일한 광도와 다른 초기 밀도를 갖습니다. ((d) 플롯은 약한 상대론적 사례에 대한 시뮬레이션 결과를 제공하며 이는 이전 연구의 결론과 일치합니다.
