Relativistic mirrors can be realized with strongly nonlinear Langmuir waves excited by intense laser pulses in underdense plasma. On reflection from the relativistic mirror, the incident light affects the mirror motion. The corresponding recoil effects are investigated analytically and using particle-in-cell simulations. It is found that if the fluence of the incident electromagnetic wave exceeds a certain threshold, the relativistic mirror undergoes a significant back reaction and splits into multiple electron layers. The reflection coefficient of the relativistic mirror and the factors of electric field amplification and frequency upshift of the electromagnetic wave are obtained.
References
1.
A.
Einstein
, Ann. Phys.
322
, 891
(1905
).2.
S. V.
Bulanov
, T. Z.
Esirkepov
, M.
Kando
, A. S.
Pirozhkov
, and N. N.
Rosanov
, Phys.-Usp.
56
, 429
(2013
).3.
V. V.
Kulagin
, V. A.
Cherepenin
, M. S.
Hur
, and H.
Suk
, Phys. Plasmas
14
, 113101
(2007
).4.
V. V.
Kulagin
, V. A.
Cherepenin
, M. S.
Hur
, and H.
Suk
, Phys. Rev. Lett.
99
, 124801
(2007
).5.
T. Z.
Esirkepov
, S. V.
Bulanov
, M.
Kando
, A. S.
Pirozhkov
, and A. G.
Zhidkov
, Phys. Rev. Lett.
103
, 25002
(2009
).6.
J.
Meyer-Ter-Vehn
and H. C.
Wu
, Eur. Phys. J. D
55
, 433
(2009
).7.
S. S.
Bulanov
, A.
Maksimchuk
, K.
Krushelnick
, K. I.
Popov
, V. Y.
Bychenkov
, and W.
Rozmus
, Phys. Lett., Sect. A
374
, 476
(2010
).8.
H. C.
Wu
, J.
Meyer-Ter-Vehn
, J.
Fernández
, and B. M.
Hegelich
, Phys. Rev. Lett.
104
, 234801
(2010
).9.
H. C.
Wu
, J.
Meyer-Ter-Vehn
, B. M.
Hegelich
, and J. C.
Fernández
, Phys. Rev. Spec. Top.—Accel. Beams
14
, 70702
(2011
).10.
H.-C.
Wu
and J.
Meyer-ter Vehn
, Nat. Photonics
6
, 304
(2012
).11.
A.
Andreev
, K.
Platonov
, and S.
Sadykova
, Appl. Sci.
3
, 94
(2013
).12.
D.
Kiefer
, M.
Yeung
, T.
Dzelzainis
, P. S.
Foster
, S. G.
Rykovanov
, C. L.
Lewis
, R. S.
Marjoribanks
, H.
Ruhl
, D.
Habs
, J.
Schreiber
, M.
Zepf
, and B.
Dromey
, Nat. Commun.
4
, 1763
(2013
).13.
W. J.
Ma
, J. H.
Bin
, H. Y.
Wang
, M.
Yeung
, C.
Kreuzer
, M.
Streeter
, P. S.
Foster
, S.
Cousens
, D.
Kiefer
, B.
Dromey
, X. Q.
Yan
, J.
Meyer-Ter-Vehn
, M.
Zepf
, and J.
Schreiber
, Phys. Rev. Lett.
113
, 235002
(2014
).14.
S. V.
Bulanov
, N. M.
Naumova
, and F.
Pegoraro
, Phys. Plasmas
1
, 745
(1994
).15.
R.
Lichters
, J.
Meyer-ter Vehn
, and A.
Pukhov
, Phys. Plasmas
3
, 3425
(1996
).16.
N. M.
Naumova
, J. A.
Nees
, I. V.
Sokolov
, B.
Hou
, and G. A.
Mourou
, Phys. Rev. Lett.
92
, 63902
(2004
).17.
T.
Baeva
, S.
Gordienko
, and A.
Pukhov
, Phys. Rev. E
74
, 46404
(2006
).18.
J.
Wheeler
, A.
Borot
, A.
Malvache
, A.
Ricci
, A.
Jullien
, R.
Lopez-Martens
, S.
Monchocé
, H.
Vincenti
, and F.
Quéré
, Nat. Photonics
6
, 829
(2012
).19.
H.
Vincenti
, Phys. Rev. Lett.
123
, 105001
(2019
).20.
A. S.
Pirozhkov
, S. V.
Bulanov
, T. Z.
Esirkepov
, M.
Mori
, A.
Sagisaka
, and H.
Daido
, Phys. Plasmas
13
(1
), 013107
(2006
).21.
A. S.
Pirozhkov
, S. V.
Bulanov
, T. Z.
Esirkepov
, A.
Sagisaka
, T.
Tajima
, and H.
Daido
, “Intensity scalings of attosecond pulse generation by the relativistic-irradiance laser pulses
,” in Ultrafast Optics
, Springer Series in Optical Sciences Vol. 132
, edited by S.
Watanabe
and K.
Midorikawa
(Springer
, New York
, 2007
), pp. 265
–272
.22.
S. V.
Bulanov
, T.
Esirkepov
, and T.
Tajima
, Phys. Rev. Lett.
91
, 85001
(2003
).23.
M.
Kando
, Y.
Fukuda
, A. S.
Pirozhkov
, J.
Ma
, I.
Daito
, L. M.
Chen
, T. Z.
Esirkepov
, K.
Ogura
, T.
Homma
, Y.
Hayashi
, H.
Kotaki
, A.
Sagisaka
, M.
Mori
, J. K.
Koga
, H.
Daido
, S. V.
Bulanov
, T.
Kimura
, Y.
Kato
, and T.
Tajima
, Phys. Rev. Lett.
99
, 135001
(2007
).24.
A. S.
Pirozhkov
, J.
Ma
, M.
Kando
, T. Z.
Esirkepov
, Y.
Fukuda
, L. M.
Chen
, I.
Daito
, K.
Ogura
, T.
Homma
, Y.
Hayashi
, H.
Kotaki
, A.
Sagisaka
, M.
Mori
, J. K.
Koga
, T.
Kawachi
, H.
Daido
, S. V.
Bulanov
, T.
Kimura
, Y.
Kato
, and T.
Tajima
, Phys. Plasmas
14
, 123106
(2007
).25.
M.
Kando
, A. S.
Pirozhkov
, K.
Kawase
, T. Z.
Esirkepov
, Y.
Fukuda
, H.
Kiriyama
, H.
Okada
, I.
Daito
, T.
Kameshima
, Y.
Hayashi
, H.
Kotaki
, M.
Mori
, J. K.
Koga
, H.
Daido
, A. Y.
Faenov
, T.
Pikuz
, J.
Ma
, L. M.
Chen
, E. N.
Ragozin
, T.
Kawachi
, Y.
Kato
, T.
Tajima
, and S. V.
Bulanov
, Phys. Rev. Lett.
103
, 235003
(2009
).26.
M.
Lobet
, M.
Kando
, J. K.
Koga
, T. Z.
Esirkepov
, T.
Nakamura
, A. S.
Pirozhkov
, and S. V.
Bulanov
, Phys. Lett., Sect. A
377
, 1114
(2013
).27.
J. K.
Koga
, S. V.
Bulanov
, T. Z.
Esirkepov
, M.
Kando
, S. S.
Bulanov
, and A. S.
Pirozhkov
, Plasma Phys. Controlled Fusion
60
, 074007
(2018
).28.
H.
Moghadasin
, A. R.
Niknam
, D.
Komaizi
, and M.
Banjafar
, Phys. Plasmas
26
, 093105
(2019
).29.
J.
Mu
, T. Z.
Esirkepov
, P.
Valenta
, T. M.
Jeong
, Y.
Gu
, J. K.
Koga
, A. S.
Pirozhkov
, M.
Kando
, G.
Korn
, and S. V.
Bulanov
, Phys. Wave Phenom.
27
, 247
(2019
).30.
J. K.
Koga
, S. V.
Bulanov
, T. Z.
Esirkepov
, A. S.
Pirozhkov
, M.
Kando
, and N. N.
Rosanov
, Phys. Rev. A
86
, 53823
(2012
).31.
P.
Chen
and G.
Mourou
, Phys. Rev. Lett.
118
, 45001
(2017
).32.
S. V.
Bulanov
, T.
Esirkepov
, V. S.
Khoroshkov
, A. V.
Kuznetsov
, and F.
Pegoraro
, Phys. Lett., Sect. A
299
, 240
(2002
).33.
R.
Neutze
, R.
Wouts
, D.
Van Der Spoel
, E.
Weckert
, and J.
Hajdu
, Nature
406
, 752
(2000
).34.
F.
Krausz
and M.
Ivanov
, Rev. Mod. Phys.
81
, 163
(2009
).35.
S. V.
Bulanov
, T. Z.
Esirkepov
, Y.
Hayashi
, H.
Kiriyama
, J. K.
Koga
, H.
Kotaki
, M.
Mori
, and M.
Kando
, J. Plasma Phys.
82
, 905820308
(2016
).36.
E.
Esarey
, C. B.
Schroeder
, and W. P.
Leemans
, Rev. Mod. Phys.
81
, 1229
(2009
).37.
38.
Handbook of Mathematical Functions
, edited by M.
Abramovitz
and I. A.
Stegun
, Applied Mathematical Series, Vol. 55 (National Bureau of Standards
, Washington
, 1964
).39.
T. D.
Arber
, K.
Bennett
, C. S.
Brady
, A.
Lawrence-Douglas
, M. G.
Ramsay
, N. J.
Sircombe
, P.
Gillies
, R. G.
Evans
, H.
Schmitz
, A. R.
Bell
, and C. P.
Ridgers
, Plasma Phys. Controlled Fusion
57
, 113001
(2015
).40.
S. V.
Bulanov
, I. N.
Inovenkov
, N. M.
Naumova
, and A. S.
Sakharov
, Sov. J. Plasma Phys.
16
, 444
(1990
).41.
B.
Fidel
, E.
Heyman
, R.
Kastner
, and R. W.
Ziolkowski
, J. Comput. Phys.
138
, 480
(1997
).42.
K. S.
Yee
, IEEE Trans. Antennas Propag.
14
, 302
(1966
).43.
R.
Courant
, K.
Friedrichs
, and H.
Lewy
, Math. Ann.
100
, 32
(1928
).44.
A.
Savitzky
and M. J.
Golay
, Anal. Chem.
36
, 1627
(1964
).45.
S. V.
Bulanov
, I. N.
Inovenkov
, V. I.
Kirsanov
, N. M.
Naumova
, and A. S.
Sakharov
, Phys. Fluids B
4
, 1935
(1992
).46.
F. W.
King
, Hilbert Transforms
, Encyclopedia of Mathematics and its Applications Vol. 2
(Cambridge University Press
, 2009
).© 2020 Author(s).
2020
Author(s)
You do not currently have access to this content.
