Search for a command to run...
Abstract This study presents a novel approach for high-efficiency terahertz (THz) generation through nonlinear mixing of co-propagating lasers in magnetized capillary plasma waveguides. The introduction of a transverse static magnetic field ( B s ) enables resonant coupling with the nonlinear current driven by laser ponderomotive forces and a tailored density ripple ( n q ). Theoretical analysis demonstrates that magnetic field tuning of the electron cyclotron frequency ( ω c ) to match THz frequencies ( ω THz ) amplifies transverse nonlinear currents by a resonant factor <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mo>[</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>ω</mml:mi> <mml:mi>c</mml:mi> </mml:msub> <mml:mrow> <mml:mo>/</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mi>ω</mml:mi> <mml:msup> <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:msup> <mml:mo>]</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> . The system achieves phase-matched excitation of transverse electromagnetic waves satisfying <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="bold">k</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="bold">k</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:msub> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="bold">k</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:msub> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="bold">q</mml:mi> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:math> and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mi>ω</mml:mi> <mml:mo>≈</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>ω</mml:mi> <mml:mi>p</mml:mi> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:math> (plasma frequency). Under optimal conditions ( <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mi>s</mml:mi> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mn>5</mml:mn> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> G (10 T), <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mi>q</mml:mi> </mml:msub> <mml:mrow> <mml:mo>/</mml:mo> </mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>0.3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:math> ), the conversion efficiency achieves <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>P</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mtext>THz</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mrow> <mml:mo>/</mml:mo> </mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>P</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mtext>Laser</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>∼</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> , markedly exceeding the performance of traditional optical rectification and photoconduction techniques. Power scaling exhibits quadratic dependence on density ripple amplitude ( <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mo>∝</mml:mo> <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mi>q</mml:mi> </mml:msub> <mml:mrow> <mml:mo>/</mml:mo> </mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msub> <mml:msup> <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> ) and quartic dependence on laser intensity ( <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mrow> <mml:mo>∝</mml:mo> <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>