Transmiterea undelor electromagnetice (de exemplu, laserele) în plasmă este o problemă fundamentală în fizica plasmei. În general, undele electromagnetice nu pot fi transmise în plasme supradense, dar transmisia și transferul lor de energie joacă un rol cheie în aplicații precum fuziunea cu laser cu aprindere rapidă, accelerarea particulelor laser și sursele de radiații ultrascurte și ultraluminoase. 1996, Prof. SE Harris de la Universitatea Stanford a fost inspirat de conceptul de transparență indusă electromagnetic (EIT) în fizica atomică. Electromagnetic Induced Transparency (EIT) în fizica atomică, prof. SE Harris a propus mecanismul Electromagnetic Induced Transparency (EIT) în plasmă, adică cu ajutorul unui fascicul de lumină laser de înaltă frecvență, lumină laser de joasă frecvență, care este inițial imposibil de transmis, poate fi transmis într-o plasmă de înaltă densitate. Cu toate acestea, studiile ulterioare au arătat că EIT nu poate apărea în plasme reale cu limite, dar aceste studii sunt limitate la intervalul slab relativistic de intensitate a laserului.
Recent, o echipă de cercetare a cercetătorului Yutong Li de la Institutul de Fizică, Academia Chineză de Științe/Centrul Național de Cercetare pentru Fizica Materiei Condensate, Beijing, și profesorul Weimin Wang de la Departamentul de Fizică, Universitatea Renmin din China, folosind auto-dezvoltat Programul de simulare a particulelor KLAPS a constatat că, după ce un laser de joasă frecvență este incident într-o plasmă în același timp cu un laser de înaltă frecvență intensificat relativistic, laserul de joasă frecvență poate pătrunde în această plasmă; totuși, când polarizarea celor două lasere este perpendiculară, aceasta anormală. Totuși, când polarizările celor două fascicule laser sunt perpendiculare, acest fenomen de transmisie anormal dispare, excluzând astfel efectul de transparență relativist comun. Echipa a dezvoltat un model de cuplare cu trei unde la intensități relativiste ale luminii, care oferă banda de frecvență în care apare EIT. Sub intensitatea luminii relativiste, lățimea acestei benzi de trecere este suficientă pentru a asigura o transmisie stabilă a laserelor de joasă frecvență; cu toate acestea, în condiții de intensitate relativă slabă a luminii, banda de trecere se îngustează la un punct izolat, care este dificil de susținut, iar acest lucru explică de ce efectul EIT nu a putut apărea în condiții relativiste slabe în studiile anterioare. Această lucrare arată că efectul de transparență indus electromagnetic care apare în fizica atomică poate apărea și în fizica plasmei. Acest fenomen poate fi aplicat direct la aprinderea prin coliziune cu dublu con (DCI) și fuziunea cu laser cu aprindere rapidă pentru a îmbunătăți eficiența cuplarii laser și randamentul rapid de electroni.
Rezultatele cercetării au fost publicate pe 7 februarie 2024 în Physical Review Letters sub titlul „Electromagnetically Induced Transparency in the Strongly Relativistic Regime”. Scrisori de revizuire fizică). Tiehuai Zhang, doctorand la Institutul de Fizică, Academia Chineză de Științe (IPS), este primul autor al lucrării, în timp ce prof. Weimin Wang de la Universitatea Renmin din China, Yutong Li de la IPS sunt autorii corespunzători și academicianul Jie Zhang este co-autor. Tema acestei cercetări provine din „Programul de fuziune cu laser nou” al Proiectului Pilot Strategic (Clasa A) al Academiei Chineze de Științe, condus de academicianul Jie Zhang și susținut de Fundația Națională de Științe Naturale din China și de alte organizații.
Figura 1: [(a), (b)] Spectrele de frecvență ale câmpului laser colectat în spatele regiunii plasmei delimitate și [(c), (d)] Evoluția formelor de undă a câmpului laser filtrat în timp, unde diferitele curbe corespund cu incidența amestecării câmpului cu două culori, a undei pur pompate și a undei pur cu frecvență joasă. (e), (f)] Evoluția formelor de undă a câmpului laser filtrat în timp pentru amestecarea câmpului bicolor incident, unde liniile albastre și roșii corespund paralelismului de polarizare și, respectiv, perpendicularității. Liniile superioare și inferioare corespund celor două setări inițiale de densitate mare și, respectiv, scăzută.
Figura 2: Relații de dispersie ale ramurii dominante a undei Stokes date de modelul analitic pentru (a) configurația cu densitate mare versus (b) configurația cu densitate scăzută, unde apare o bandă de trecere mai largă (evidențiată cu galben strălucitor). (c) Rezultatele simulării PIC unidimensionale pentru diferite intensități luminoase după fixarea raportului dintre densitatea inițială a plasmei și densitatea critică efectivă cu pozițiile benzii de trecere EIT date de model. (d) Rezultatele simulării PIC cu pozițiile benzii de trecere date de model pentru diferite intensități luminoase și diferite setări de densitate.
Figura 3: Evoluția intensității semnalului undei Stokes (linia albastră, axa stângă), undei Stokes inverse (linia neagră, axa stângă) și undei pompei (linia roșie, axa dreaptă) în raport cu poziția spațială, cu plasma uniform distribuite în intervalul de 10λ0 < x < 30λ0 pentru condiții inițiale. (Placele (a)-(c) au aceeași intensitate luminoasă și densități inițiale diferite. (Graficul (d) oferă rezultatele simulării pentru cazul slab relativist, care sunt în concordanță cu concluziile studiilor anterioare.
