We propose a scheme for the generation of terahertz (THz) radiation in a plasma by beating of two flat-topped laser beams when a static magnetic field is applied to the plasma with a parallel or perpendicular direction. We show that the presence of a static magnetic field can enhance drastically the power and efficiency of THz radiation. The power and efficiency enhancement of the perpendicular magnetic field is greater than that of parallel one. Furthermore, the perpendicular magnetic field produces THz radiation with a square shaped field profile which has many applications in industries especially in optical communication. Optimizing the laser beams and magnetized plasma parameters and considering the interaction (mutual effect) between laser beams, THz radiation, and plasma, the THz radiation efficiency up to 8.3% can be obtained. A comparison between the THz radiation generated by flat-topped and super Gaussian laser beams shows that, at the same conditions, the THz radiation generated by flat-topped beam lasers has some advantages such as about two times wider flat-topped region and more than two times higher efficiency.

1.
H.
Zheng
,
A.
Redo-Sanchez
, and
X. C.
Zhang
,
Opt. Express
14
,
9130
(
2006
).
2.
Y. C.
Shen
,
T. W. P. F.
Today
,
B. E.
Cole
,
W. R.
Tribe
, and
M. C.
Kemp
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
241116
(
2005
).
3.
B.
Ferguson
and
X. C.
Zhang
,
Nat. Mater.
1
,
26
(
2002
).
4.
E.
Pickwell
and
V. P.
Wallace
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
39
,
R301
(
2006
).
5.
M. C.
Beard
,
G. M.
Turner
, and
C. A.
Schmuttenmar
,
J. Phys. Chem. B
106
,
7146
(
2002
).
6.
T.
Kleine-Ostmann
and
T.
Nagatsuma
,
J. Infrared MilliTerahz Waves
32
,
143
(
2010
).
7.
I. F.
Akyildiz
,
J. M.
Jornet
, and
Ch.
Han
,
Phys. Commun. (Elsevier).
12
,
16
(
2014
).
8.
S.
Ebbinghaus
,
K.
Schröck
,
J. C.
Schauer
,
E.
Bründermann
,
M.
Heyden
,
G.
Schwaab
,
M.
Böke
,
J.
Winter
,
M.
Tani
, and
M.
Havenith
,
Plasma Sources Sci. Technol.
15
,
72
(
2006
).
9.
R. A.
Lewis
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
47
,
374001
(
2014
).
10.
M.
Singh
and
R. P.
Sharma
,
Contrib. Plasma Phys.
53
,
540
(
2013
).
11.
I.
Al-Naib
,
G.
Sharma
,
M.
Dignam
,
H.
Hafez
,
A.
Ibrahim
,
D. G.
Cooke
,
T.
Ozaki
, and
R.
Morandotti
,
Phys. Rev. B.
88
,
195203
(
2013
).
12.
W. M.
Wang
,
S.
Kawata
,
Z. M.
Sheng
,
T. Y.
Li
, and
J.
Zhang
,
Phys. Plasmas.
18
,
073108
(
2011
).
13.
Y.
Jiang
,
D.
Li
,
Y. J.
Ding
, and
I. B.
Zotova
,
Opt. Lett.
36
,
1608
(
2011
).
14.
A.
Houard
,
Y.
Liu
,
B.
Prade
,
V. T.
Tikhonchuk
, and
A.
Mysyrowicz
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
255006
(
2008
).
15.
Y.
Liu
,
A.
Houard
,
B.
Prade
,
S.
Akturk
, and
A.
Mysyrowicz
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
135002
(
2007
).
16.
P.
Sprangle
,
J. R.
Penano
,
B.
Hafizi
, and
C. A.
Kapetanakos
,
Phys. Rev. E
69
,
066415
(
2004
).
17.
J. F.
Holzmanand
and
A. Y.
Elezzabi
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
2967
(
2003
).
18.
W.
Shi
,
Y. J.
Ding
,
N.
Fernelius
, and
K.
Vodopyanov
,
Opt. Lett.
27
,
1454
(
2002
).
19.
S.
Tzortzakis
,
G.
Mechhain
,
G.
Patalano
,
Y. B.
Andre
,
B.
Prade
,
M.
Franco
,
A. M.
Mysyrowicz
,
M.
unier
,
M.
Gheudin
,
G.
Beaudin
, and
P.
Encrenaz
,
Opt. Lett.
27
,
1944
(
2002
).
20.
D.
Hashimshony
,
A.
Zigler
, and
K.
Papadopoulos
,
Phys. Rev. Lett.
86
,
2806
(
2001
).
21.
E.
Budiarto
,
J.
Margolies
,
S.
Jeong
,
J.
Son
, and
J.
Bokor
,
IEEE J. Quantum Electron.
32
,
1839
(
1996
).
22.
O.
Sakai
and
S.
Rauf
,
Plasma Sources Sci. Technol.
23
,
060301
(
2014
).
23.
N. A.
Yampolsky
and
G. M.
Frainman
,
Phys. Plasmas
13
,
113108
(
2006
).
24.
A. K.
Malik
,
H. K.
Malik
, and
S.
Kawata
,
J. Appl. Phys.
107
,
113105
(
2010
).
25.
T. M.
Antonsen
,
J.
Palastra
, and
H. M.
Milchberg
,
Phys. Plasmas.
14
,
033107
(
2007
).
26.
F.
Jahangiri
,
M.
Hashida
,
S.
Tokita
,
T.
Nagashima
,
M.
Hangyo
, and
S.
Sakabe
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
191106
(
2013
).
27.
L.
Bhasin
and
V. K.
Tripathi
,
Phys. Plasmas
18
,
123106
(
2011
).
28.
K. K.
MageshKumar
,
M.
Kumar
,
T.
Yuan
,
Z. M.
Sheng
, and
M.
Chen
,
Laser Part. Beams
33
,
473
(
2015
).
29.
30.
W. P.
Leemans
,
J.
Vantilborg
,
J.
Faure
,
C. G. R.
Geddes
,
C.
Toth
,
C. B.
Schroeder
,
E.
Esarey
,
G.
Fubioni
, and
G.
Dugan
,
Phys. Plasmas.
11
,
2899
(
2004
).
31.
V. B.
Pathak
,
D.
Dahiya
, and
V. K.
Tripathi
,
J. Appl. Phys.
105
,
013315
(
2009
).
32.
Y.-X.
Zhang
,
Y.-C.
Zhou
,
L.
Dong
, and
S.-G.
Liu
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
123503
(
2012
).
33.
F.
Bakhtiari
,
Sh.
Golmohammady
,
M.
Yousefi
,
F. D.
Kashani
, and
B.
Ghafary
,
Laser Part. Beams
33
,
463
(
2015
).
34.
F.
Bakhtiari
,
M.
Yosefi
,
Sh.
Golmohammady
,
S. M.
Jazayeri
, and
B.
Ghafary
,
Laser Part. Beams
33
,
713
(
2015
).
35.
D.
Singh
and
H. K.
Malik
,
Phys. Plasmas
21
,
083105
(
2014
).
36.
A. K.
Malik
,
H. K.
Malik
, and
U.
Stroth
,
Phys. Rev. E
85
,
016401
(
2012
).
37.
A. K.
Malik
,
H. K.
Malik
, and
Y.
Nishida
,
Phys. Letts. A
375
,
1191
(
2011
).
38.
H. K.
Malik
and
A. K.
Malik
,
Europhys. Lett.
100
,
45001
(
2012
).
39.
A. K.
Malik
,
H. K.
Malik
, and
U.
Stroth
,
Appl. Phys. Letts.
99
,
071107
(
2011
).
40.
P.
Jha
and
N. K.
Verma
,
Phys. Plasmas.
21
,
063106
(
2014
).
41.
L.
Bhasin
and
V. K.
Tripathi
,
Phys. Plasma
16
,
103105
(
2009
).
42.
P.
Varshney
,
V.
Sajal
,
K. P.
Singh
,
R.
Kumar
, and
N. K.
Sharma
,
Laser Part. Beams
31
,
337
(
2013
).
43.
P.
Varshney
,
V.
Sajal
,
S.
Baliyan
,
N. K.
Sharma
,
P.
Chauhan
, and
R.
Kumar
,
Laser Part. Beams
33
,
51
(
2014
).
44.
P.
Varshney
,
V.
Sajal
,
P.
Chauhan
,
R.
Kumar
, and
N. K.
Sharma
,
Laser Part. Beams
32
,
375
(
2014
).
45.
J.
Yoshii
,
C. H.
Lai
,
T.
Katsouleas
,
C.
Joshi
, and
W. B.
Mori
,
Phys. Rev. Lett.
79
,
4194
(
1997
).
46.
H. C.
Wu
,
Z. M.
Sheng
,
Q. L.
Dong
,
H.
Xu
, and
J.
Zhang
,
Phys. Rev. E
75
,
016407
(
2007
).
47.
R.
McLaughlin
,
A.
Corchia
,
M. B.
Johnston
,
Q.
Chen
,
C. M.
Ciesla
,
D. D.
Arnone
,
G. A. C.
Jones
,
E. H.
Linfield
,
A. G.
Davies
, and
M.
Pepper
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
2038
(
2000
).
48.
M.
Manouchehrizadeh
and
D.
Dorranian
,
J. Theor. Appl. Phys.
7
,
43
(
2013
).
49.
S.
Abedi
,
D.
Dorranian
,
M. E.
Abari
, and
B.
Shokri
,
Phys. Plasmas
18
,
093108
(
2011
).
50.
C.
Chang
,
D.
Wei Hei
,
C.
Pellegrin
, and
S.
Tantawi
,
Phys. Plasmas
20
,
123110
(
2013
).
51.
C.
Chang
,
J.
Liang
,
D.
Hei
,
M. F.
Becker
,
K.
Tang
,
Y.
Feng
,
V.
Yakimenko
,
C.
Pellegrini
, and
J.
Wu
,
Optics Express
21
,
32013
(
2013
).
52.
S.
Hazra
,
T. K.
Chini
,
M. K.
Sanyal
, and
J.
Grenzer
,
Phys. Rev. B
70
,
121307(R)
(
2004
).
53.
C. H.
Pai
,
S. Y.
Huang
,
C. C.
Kuo
,
M. W.
Lin
,
J.
Wang
,
S. Y.
Chen
,
C. H.
Lee
, and
J. Y.
Lin
,
Phys. Plasmas
12
,
070707
(
2005
).
54.
F. F.
Chen
,
Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion
(
Plenum Press
,
New York
,
1983
).
55.
T. J. M.
Boyd
and
J. J.
Sanderson
,
The Physics of Plasmas
(
Cambridge University Press
,
New York
,
2003
).
56.
E. J.
Rothwell
and
M. J.
Cloud
,
Electromagnetics
, 2nd ed. (
CRC/Taylor & Francis
,
London
,
2009
).
57.
G. B.
Arfken
and
H. J.
Weber
,
Mathematical Methods for Physicists, 7th ed., A Comprehensive Guide
(
Elsevier Science & Technology
Press
,
2012
).
58.
M. S.
Sodha
,
A. K.
Ghatak
, and
V. K.
Tripathi
,
Prog. Opt.
13
,
169
(
1976
).
59.
60.
Z. M.
Sheng
,
K.
Mima
,
J.
Zhang
, and
H.
Sanuki
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
095003
(
2005
).
61.
Z. M.
Sheng
,
K.
Mima
, and
J.
Zhang
,
Phys. Plasmas
12
,
123103
(
2005
).
62.
D.
Singh
and
H. K.
Malik
,
Plasma Sources Sci. Technol.
24
,
045001
(
2015
).
63.
J.
Chen
,
Y.
Yu
, and
F.
Wang
,
Chin. Opt. Lett.
9
,
011402
(
2011
).
64.
N.
Nishi
,
T.
Jitsuno
,
K.
Tsubakimoto
,
S.
Matsuoka
,
N.
Miyanaga
, and
M.
Nakatsuka
,
Opt. Rev.
7
,
216
(
2000
).
65.
W.
Wang
,
P. X.
Wang
,
Y. K.
Ho
,
Q.
Kong
,
Z.
Chen
,
Y.
Gu
, and
S. J.
Wang
,
Europhys. Lett.
73
,
211
(
2006
).
66.
C.
Zhao
,
Y.
Cai
,
X.
Lu
, and
H. T.
Eyyuboglu
,
Opt. Express
17
,
1753
(
2009
).
67.
Y.
Kato
,
K.
Mima
,
N.
Miyanaga
,
S.
Arinaga
,
Y.
Kitagawa
,
M.
Nakatsuka
, and
C.
Yamanaka
,
Phys. Rev. Lett.
53
,
1057
(
1984
).
68.
Sh.
Golmohammady
,
M.
Yousefi
,
F. D.
Kashani
, and
B.
Ghafary
,
J. Mod. Opt.
60
,
696
(
2013
).
69.
M. R.
Perrone
,
A.
Piegari
, and
S.
Scaglione
,
IEEE J. Quantum Electron.
29
,
1423
(
1993
).
71.
V.
Bagini
,
R.
Borgi
,
F.
Gori
,
A. M.
Pacileo
, and
M. J.
Santarsiero
,
Opt. Soc. Am. A
13
,
1385
(
1996
).
72.
Y.
Cai
and
Q.
Lin
,
J. Opt. A: Pure Appl. Opt.
5
,
272
(
2003
).
75.
R.
Borghi
and
M.
Santarsiero
,
Opt. Lett.
23
,
313
(
1998
).
76.
F.
Andrew
,
Laser Beam Propagation: Generation and Propagation of Customized Light
(
CRC/Taylor & Francis
,
Boca Raton
,
2014
).
77.
M.
Haotong
,
L.
Zejin
,
P.
Zhou
,
X.
Wang
,
M.
Yanxing
, and
X.
Xiaojun
,
J. Opt.
12
,
045704
(
2010
).
78.
K. Y.
Kim
,
A. J.
Taylor
,
J. H.
Glownia
, and
G.
Rodriguez
,
Nat. Photonics
2
,
605
(
2008
).
79.
B. D.
Layer
,
A.
York
,
T. M.
Antonson
,
S.
Varma
,
Y. H.
Chen
,
Y.
Leng
, and
H. M.
Milchberg
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
035001
(
2007
).
80.
C. C.
Kuo
,
C. H.
Pai
,
M. W.
Lin
,
K. H.
Lee
,
J. Y.
Lin
,
J.
Wang
, and
S. Y.
Chen
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
033901
(
2007
).
81.
F. M.
Dickey
,
S. C.
Holswade
, and
D. L.
Shealy
,
Laser Beam Shaping Applications
(
CRC Press
,
New York
,
2006
).
82.
A.
Forbes
,
Laser Beam Propagation
(
CRC Press
,
Pretoria, South Africa
,
2013
).
83.
Y. D.
Xiang
,
X. R.
Yu
, and
D. L.
Rong
,
Sci. China-Phys. Mech. Astron.
58
,
1
(
2015
).
84.
N. R.
Van
,
C.
Park
,
L. R.
Lachance
, and
P. A.
Bklanger
,
IEEE J. Quantum Electron.
30
,
2663
(
1994
).
85.
R. W.
Boyd
,
Nonlinear Optics
(
Academic Press
,
New York
,
2008
), p.
75
.
86.
M.
Kumar
,
S. K.
Rajouria
, and
M. K.
Kumar
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
46
,
435501
(
2013
).
You do not currently have access to this content.