Relativistic effects in the interaction of super-intense laser fields and plasmas

Resumen

En esta tesis se aborda el estudio de la interacción de un láser muy intenso (intensidades superiores a la unidad atómica) con un plasma. El estudio se ha realizado empleando la simulación numérica utilizando el código PIC (Particle in Cell) como herramienta fundamental. Dicho código consiste en agrupar los electrones de forma conveniente y hacer que se comporten como si fuesen una sola partícula. El código consta de tres partes: integración de las ecuaciones de Maxwell, desplazamiento de las partículas cargadas y cálculo de las corrientes. Otro punto importante es la discusión sobre si el código PIC se comporta bien en un escenario relativista. Para comprobar este punto se hicieron simulaciones que se compararon con el caso teórico. Un capítulo posterior trata sobre el caso de una partícula cargada en interacción con un láser prestando especial atención a la radiación de dicha interacción, en especial a las formas temporales de la radiación en las direcciones de máxima emisión que se observan. Se analizan los pulsos que se obtienen y se da una explicación a su forma y origen. También se aborda el estudio de la influencia de la fase de un pulso ultracorto en la interacción de dicho pulso con una lámina de plasma. Se usa una simulación unidimensional y se concluye que la fase juega un papel muy importante en dicha interacción. También se aconseja qué tipo de pulsos se deben usar para una obtención de armónicos más nítida. El último capítulo incluye el estudio de la interacción de un par de haces láser cruzados sobre un lámina de plasma en un escenario bidimensional. Dicha interacción presenta una estructura de onda estacionaria que crea una fuerza sobre la superficie del plasma que atrae los electrones hacia puntos de equilibrio estable. Se analizan diversos casos según distintas intensidades y se hace un estudio de la evolución temporal de las estructuras obtenidas.