Investigation of Terahertz Wave Generation from Laser Wakefield Electron Acceleration with Particle In Cell Simulation

Abstract

100 TW 펨토초 레이저 펄스를 사용한 레이저 항적장 전자 가속에서 관측된 밀리줄 수준의 에너지를 갖는 테라헤르츠파 복사를 분석한 결과 가속결과로 발생한 전하량 15pC 미만 150 MeV 이상의 고에너지 전자에 수반된 복사선이 10 THz 이하의 테라헤르츠파 대역에서 4 mJ 정도의 에너지로 측정되었다. 이는 전자 가속에 있어 주요 테라헤르츠 발생원으로 예상되던 결맞은 천이 복사에 의해 발생하는 테라헤르츠 파의 예상 대역인 18±1.3 THz 범위의 밖이며 추산한 에너지의 1000배 정도의 크기에 달하여 결맞은 천이복사 이외의 테라헤르츠파 발생 원인이 있음을 시사한다. 상기 대역의 테라헤르츠파는 이온화된 상태의 순수 전자로 구성된 플라즈마를 가정하여 2차원 직교좌표계상에서 실행한 PIC 시뮬레이션을 통한 분석에서 레이저 항적장 가속을 유도하는 고출력 펨토초 레이저 펄스에 의한 폰데로모티브 힘과 레이저 플라즈마 상호작용에서 수반되는 새총효과에 의한 전자의 급격한 연직방향 가속에 그 기원을 두고 있는 것으로 예측이 되었다. 이는 결맞은 천이 복사와는 달리 가속되는 전자뭉치와는 직접적인 관련이 없어 버블 내로 전자가 입사되지 않는 조건 하에서도 발생하는 것으로 분석된다.