用于激光尾波场加速高效建模的真实激光轮廓的方位角分解研究

超短高强度激光的出现为激光-等离子体相互作用物理中新颖且大有前景却又极具挑战的研究领域铺平了道路。拍瓦飞秒激光的研制，例如法国的 Apollon 激光，将有助于理解和设计未来的粒子加速器及新一代光源。实现这一目标本质上依赖于实验与大规模并行模拟的结合。迄今为止，粒子网格(PIC) 代码一直是精确描述激光-等离子体相互作用的最终工具，尤其在激光尾波场加速 (LWFA) 领域。然而，3D 激光等离子体加速器的数值建模可能是一项非常具有挑战性的任务。这是由于该过程中涉及尺度间的巨大差异所致。为了使此类模拟可行并实现显著加速，我们需要使用在保持高保真度的同时简化问题的降阶数值模型。在这些模型中，柱坐标系下方位角模式的傅里叶场分解是一种有前景的降阶模型，尤其适用于具有近似柱对称性的物理问题，LWFA 即属此类。该几何已在开源代码 Smilei 中以时域有限差分 (FDTD) 离散化方案用于 Maxwell 求解器。在本文中，我们将研究来自 Apollon 装置的真实激光测量案例、该方法正确描述它的能力，以及为此所需模式数的确定。我们还将展示在真实激光轮廓情况下包含高阶模式对于保证模拟保真度的重要性。