A vortex laser pulse is incident on a plasma with a density gradient along one transverse direction and a homogeneous density along the other one. As the laser pulse propagates in the plasma, the transverse energy distribution becomes asymmetric along the direction with the homogeneous density, which is shown from particle-in-cell simulations. We demonstrate theoretically that the asymmetric energy distribution results from the rate of plasma density change along the transverse energy flow of the vortex beam. Meanwhile, the degree of asymmetry is found to be positively related to the topological charge of the vortex beam as well as the density gradient of the plasma. Our finding provides a new approach for measuring the topological charge of a vortex beam, and also implies an available probe of the inhomogeneity of an optical medium.
渦レーザーパルスが、一方向に密度勾配を有し、他方向に一様な密度を有するプラズマに入射する。レーザーパルスがプラズマ中を伝播するにつれて、横方向のエネルギー分布は、密度が一様な方向に沿って非対称になることが、粒子インセルシミュレーションによって示される。我々は、この非対称なエネルギー分布が、渦ビームの横方向のエネルギー流に沿ったプラズマ密度変化の割合に起因することを理論的に実証する。さらに、非対称性の程度は、渦ビームの位相電荷およびプラズマの密度勾配と正の相関関係にあることが見出される。我々の発見は、渦ビームの位相電荷を測定する新たな手法を提供するとともに、光学媒質の不均一性を探査するための有効な手段を示唆するものである。