In this paper, electromagnetic emission at the plasma frequency produced by a short laser pulse in a finite-size plasma layer with a longitudinal density modulation is studied using both analytical theory and particle-in-cell simulations. The radiation mechanism suggests that a laser pulse excites a long-lived plasma wake which, in the presence of ion density modulation with the appropriate period, generates a superluminal satellite capable of matching in phase with vacuum electromagnetic waves. It is found that such a mechanism can be used for generating tunable narrow-band (5%) multi-mJ terahertz pulses with high efficiency (>0.3%) due to ability of superluminal plasma oscillations at the cut-off frequency to diffuse through a plasma that is several times wider than the radiation wavelength.
本論文では、縦方向の密度変調を有する有限長プラズマ層内を伝播する短パルスレーザーによって生成される、プラズマ周波数における電磁放射を、解析理論と粒子インセルシミュレーションの両方を用いて研究する。この放射メカニズムは、レーザーパルスが長寿命のプラズマ航跡場を励起し、適切な周期を持つイオン密度変調の存在下で、真空中の電磁波と位相整合可能な超光速衛星波を生成することを示唆している。このメカニズムは、放射波長より数倍広いプラズマを伝播する遮断周波数における超光速プラズマ振動の能力により、高効率（0.3%超）で同調可能な狭帯域（5%）の多ミリジュール・テラヘルツパルスを生成するために利用できることが見出された。