A transmissão de ondas eletromagnéticas (por exemplo, lasers) no plasma é um problema fundamental na física dos plasmas. Geralmente, as ondas eletromagnéticas não podem ser transmitidas em plasmas superdensos, mas sua transmissão e transferência de energia desempenham um papel fundamental em aplicações como fusão a laser de ignição rápida, aceleração de partículas a laser e fontes de radiação ultracurtas e ultrabrilhantes. 1996, o Prof. SE Harris da Universidade de Stanford foi inspirado pelo conceito de transparência induzida eletromagneticamente (EIT) na física atômica. Transparência Eletromagneticamente Induzida (EIT) em física atômica, o Prof. SE Harris propôs o mecanismo de Transparência Eletromagneticamente Induzida (EIT) em plasma, ou seja, com a ajuda de um feixe de luz laser de alta frequência, luz laser de baixa frequência, que é originalmente incapaz de ser transmitido, pode ser transmitido em plasma de alta densidade. No entanto, estudos subsequentes mostraram que a TIE não pode ocorrer em plasmas reais com limites, mas estes estudos são limitados à fraca faixa de intensidade relativística do laser.
Recentemente, uma equipe de pesquisa do pesquisador Yutong Li do Instituto de Física da Academia Chinesa de Ciências/Centro Nacional de Pesquisa para Física da Matéria Condensada, Pequim, e do professor Weimin Wang do Departamento de Física da Universidade Renmin da China, usando o método autodesenvolvido O programa de simulação de partículas KLAPS descobriu que depois que um laser de baixa frequência incide em um plasma ao mesmo tempo que um laser de alta frequência intensificado relativisticamente, o laser de baixa frequência pode penetrar neste plasma; entretanto, quando a polarização dos dois lasers é perpendicular, isso é anômalo. No entanto, quando as polarizações dos dois feixes de laser são perpendiculares, esse fenômeno de transmissão anômala desaparece, descartando assim o efeito de transparência relativística comum. A equipe desenvolveu um modelo de acoplamento de três ondas em intensidades de luz relativísticas, que fornece a banda passante de frequência em que ocorre a EIT. Sob intensidade de luz relativística, a largura desta banda passante é suficiente para garantir a transmissão estável de lasers de baixa frequência; no entanto, sob fraca intensidade de luz relativística, a banda passante estreita-se para um ponto isolado, o que é difícil de sustentar, e isto explica porque o efeito EIT não poderia ocorrer sob condições relativísticas fracas em estudos anteriores. Este trabalho mostra que o efeito de transparência induzido eletromagneticamente que ocorre na física atômica também pode ocorrer na física dos plasmas. Este fenômeno pode ser aplicado diretamente à ignição por colisão de cone duplo (DCI) e à fusão a laser de ignição rápida para melhorar a eficiência do acoplamento do laser e o rápido rendimento de elétrons.
Os resultados da pesquisa foram publicados em 7 de fevereiro de 2024 na Physical Review Letters sob o título "Transparência Eletromagneticamente Induzida no Regime Fortemente Relativístico". Cartas de revisão física). Tiehuai Zhang, estudante de doutorado no Instituto de Física da Academia Chinesa de Ciências (IPS), é o primeiro autor do artigo, enquanto o Prof. Weimin Wang da Universidade Renmin da China, Yutong Li do IPS são os autores correspondentes, e o Acadêmico Jie Zhang é o coautor. O tema desta pesquisa vem do "Novo Programa de Fusão a Laser" do Projeto Piloto Estratégico (Classe A) da Academia Chinesa de Ciências, liderado pelo Acadêmico Jie Zhang, e apoiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China e outras organizações.
Figura 1: [(a), (b)] Espectros de frequência do campo de laser coletado atrás da região de plasma delimitada e [(c), (d)] Evolução das formas de onda do campo de laser filtrado com o tempo, onde as diferentes curvas correspondem a a incidência da mistura de campo de duas cores, onda puramente bombeada e onda puramente de baixa frequência. (e), (f)] Evolução das formas de onda do campo laser filtrado com o tempo para a mistura do campo bicolor incidente, onde as linhas azul e vermelha correspondem ao paralelismo e perpendicularidade da polarização, respectivamente. As linhas superior e inferior correspondem às duas configurações iniciais de alta e baixa densidade, respectivamente.
Figura 2: Relações de dispersão do ramo dominante da onda de Stokes dadas pelo modelo analítico para (a) a configuração de alta densidade versus (b) a configuração de baixa densidade, onde aparece uma banda passante mais ampla (destacada em amarelo brilhante). (c) Resultados de simulação PIC unidimensional para diferentes intensidades de luz após fixar a razão entre a densidade inicial do plasma e a densidade crítica efetiva com as posições da banda passante EIT dadas pelo modelo. (d) Resultados de simulação PIC com posições de banda passante dadas pelo modelo para diferentes intensidades de luz e diferentes configurações de densidade.
Figura 3: Evolução da intensidade do sinal da onda de Stokes (linha azul, eixo esquerdo), onda de Stokes inversa (linha preta, eixo esquerdo) e onda de bomba (linha vermelha, eixo direito) em relação à posição espacial, com o plasma uniformemente distribuído no intervalo de 10λ0 < x < 30λ0 para condições iniciais. (Os gráficos (a)-(c) têm a mesma intensidade de luz e diferentes densidades iniciais. (O gráfico (d) fornece os resultados da simulação para o caso fracamente relativístico, que são consistentes com as conclusões de estudos anteriores.
