Theoretical formulation based on numerical PIC simulations for high-efficiency and multi-plasma oscillators

J. Lee, D. Park, M. Kumar and M. S. Hur

최근 다양한 응용 분야에서 레이저-플라즈마 기반의 테라헤르츠 (THz) 광원에 대한 필요성이 대두되고 있는데 그 이유는 기존의 고체 기반 THz 광원들은 optical rectification으로 인한 전류원으로 THz파를 만들기 때문에 물질에 데미지가 가해져 낮은 효율(~1%>)과 원하는 전기장 세기 (>1GV/m)를 얻을 수 없기 때문이다. 그러나 플라즈마에서 발생하는 레이저-플라즈마 THz 광원은 이미 손상이 되어 있는 물질 상태에서 THz 파를 방출하기 때문에 물질 손상에서 비교적 자유롭다. 그 중에서도 소속된 연구실에서 최초로 제안된 협대역의 결맞은 고출력 THz광원인 “Plasma Dipole Oscillators” (PDOs) [1]에 대한 다차원 PIC (Particle-in-cell) 전산 모사 연구를 진행하였다. 특히 레이저 펄스 모양, 지속시간, spot size 등에 대한 최적화 연구를 통해 PDO의 에너지 전환 효율을 높였으며, 이를 이용한 THz-driven 전자 가속에 대한 연구도 함께 진행하여 그 결과들을 보고할 예정이다. 또한 최근 진행하고 있는 다중 PDOs 간의 상호작용에 대한 이론적인 접근과 천체물리현상과의 유사점에 대한 연구 내용도 발표할 예정이다. 

[1] Lee, Jaeho, et al. "Intense narrowband terahertz pulses produced by obliquely colliding laser pulses in helium gas." Physics of Plasmas 30.4 (2023).