High Power Laser Science and Engineering, Volume. 13, Issue 4, 04000e60(2025)
A fully three-dimensional kinetic particle-in-cell framework for modeling laser–dielectric interactions: few-cycle pulse damage
[2] . Opportunities in Intense Ultrafast Lasers: Reaching for the Brightest Light(2018).
[4] M. Ferray, A. L’Huillier, X. F. Li, L. A. Lompre, G. Mainfray, C. Manus. J. Phys. B, 21, L31(1988).
[5] P.-M. Paul, E. S. Toma, P. Breger, G. Mullozt, F. Augé, P. Balcou, H. G. Muller, P. Agostini. Science, 292, 1689(2001).
[6] M. Hentschel, R. Kienberger, C. Spielmann, G. A. Reider, N. Milosevic, T. Brabec, P. Corkum, U. Heinzmann, M. Drescher, F. Krausz. Nature, 414, 509(2001).
[7] T. Brabec, F. Krausz. Rev. Mod. Phys., 72, 545(2000).
[8] T. Nagy, P. Simon, L. Veisz. Adv. Phys. X, 6, 1845795(2021).
[9] T. Wittmann, B. Horvath, W. Helml, M. G. Schätzel, X. Gu, A. L. Cavalieri, G. G. Paulus, R. Kienberger. Nat. Phys., 5, 357(2009).
[10] F. Mackenroth, A. Di Piazza, C. H. Keitel. Phys. Rev. Lett., 105, 063903(2010).
[11] J. Huijts, I. A. Andriyash, L. Rovige, A. Vernier, J. Faure. Phys. Plasmas, 28, 043101(2021).
[12] A. Cavagna, M. Eder, E. Chowdhury, A. Kalouguine, J. Kaur, G. Mourou, S. Haessler, R. Lopez-Martens. Opt. Lett., 50, 165(2025).
[13] B. C. Stuart, M. D. Feit, S. Herman, A. M. Rubenchik, B. W. Shore, M. D. Perry. J. Opt. Soc. Am. B, 13, 459(1996).
[14] D. Du, X. Liu, G. Korn, J. Squier, G. Mourou. Appl. Phys. Lett., 64, 3071(1994).
[15] M. Lenzner, J. Krüger, S. Sartania, Z. Cheng, Ch. Spielmann, G. M., W. Kautek, F. Krausz. Phys. Rev. Lett., 80, 4076(1998).
[16] B. Chimier, O. Utéza, N. Sanner, M. Sentis, T. Itina, P. Lassonde, F. Légaré, F. Vidal, J. C. Kieffer. Phys. Rev. B, 84, 094104(2011).
[17] M. Lenzner, J. Krüger, W. Kautek, F. Krausz. Appl. Phys. A, 68, 369(1999).
[18] K. R. P. Kafka, N. Talisa, G. Tempea, D. R. Austin, C. Neacsu, E. A. Chowdhury. Opt. Express, 24, 28858(2016).
[19] N. Sanner, O. Utéza, B. Chimier, M. Sentis, P. Lassonde, F. Légaré, J. C. Kieffer. Appl. Phys. Lett., 96, 071111(2010).
[20] L. Hoffart, P. Lassonde, F. Légaré, F. Vidal, N. Sanner, O. Utéza, M. Sentis, J.-C. Kieffer, I. Brunette. Opt. Express, 19, 230(2011).
[21] O. Utéza, N. Sanner, B. Chimier, A. Brocas, N. Varkentina, M. Sentis, P. Lassonde, F. Légaré, J. C. Kieffer. Appl. Phys. A, 105, 131(2011).
[22] N. Talisa, A. Alshafey, M. Tripepi, J. Krebs, A. Davenport, E. Randel, C. S. Menoni, E. A. Chowdhury. Opt. Lett., 45, 2672(2020).
[23] M. Kowalczyk, N. Nagl, P. Steinleitner, N. Karpowicz, V. Pervak, A. Głuszek, A. Hudzikowski, F. Krausz, K. F. Mak, A. Weigel. Optica, 10, 801(2023).
[24] D. Hui, H. Alqattan, S. Zhang, V. Pervak, E. Chowdhury, M. Th. Hassan. Sci. Adv., 9, eadf1015(2023).
[25] L. Argenti, M. Chini, L. Fang. Proceedings of the 8th International Conference on Attosecond Science and Technology(2024).
[26] J. R. Peñano, P. Sprangle, B. Hafizi, W. Manheimer, A. Zigler. Phys. Rev. E, 72, 036412(2005).
[27] S. Zhang, A. Davenport, N. Talisa, J. R. Smith, C. S. Menoni, V. E. Gruzdev, E. A. Chowdhury. Proc. SPIE, 11514, 115141T(2020).
[28] S. Zhang, C. Menoni, V. Gruzdev, E. Chowdhury. Nanomaterials, 12, 1259(2022).
[29] C. K. Birdsall, A. B. Langdon. Plasma Physics via Computer Simulation(2004).
[30] R. Hockney, J. Eastwood. Computer Simulations Using Particles(1988).
[31] 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, C. P. Ridgers. Plasma Phys. Control. Fusion, 57, 113001(2015).
[32] T. Ziegler, I. Göthel, S. Assenbaum, C. Bernert, F.-E. Brack, T. E. Cowan, N. P. Dover, L. Gaus, T. Kluge, S. Kraft, F. Kroll, J. Metzkes-Ng, M. Nishiuchi, I. Prencipe, T. Püschel, M. Rehwald, M. Reimold, H.-P. Schlenvoigt, M. E. P. Umlandt, M. Vescovi, U. Schramm, K. Zeil. Nat. Phys., 20, 1211(2024).
[33] R. A. Mitchell, D. W. Schumacher, E. A. Chowdhury. Opt. Lett., 40, 2189(2015).
[34] G. E. Cochran, P. L. Poole, D. W. Schumacher. Phys. Plasmas, 26, 103103(2019).
[35] P. B. Corkum. Phys. Rev. Lett., 71, 1994(1993).
[36] J.-L. Déziel, L. J. Dubé, S. H. Messaddeq, Y. Messaddeq, C. Varin. Phys. Rev. B, 97, 205116(2018).
[37] W. J. Ding, J. Z. J. Lim, H. T. B. Do, X. Xiong, Z. Mahfoud, C. E. Png, M. Bosman, L. K. Ang, L. Wu. Nanophotonics, 9, 3303(2020).
[38] H. T. B. Do, D. W. Jun, Z. Mahfoud, W. Lin, M. Bosman. Nanoscale, 13, 2801(2021).
[39] M. R Shcherbakov, G. Sartorello, S. Zhang, J. Bocanegra, M. Bosch, M. Tripepi, N. Talisa, A. AlShafey, J. Smith, S. Londo, F. Légaré, E. Chowdhury, G. Shvets. Nat. Commun., 14, 6688(2023).
[40] J. R Smith, S. Zhang, V. E Gruzdev, E. A Chowdhury. Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO), 1(2021).
[41] P.-J. Charpin, K. Ardaneh, B. Morel, R. Giust, F. Courvoisier. Opt. Express, 32, 10175(2024).
[42] L. V. Keldysh. JETP, 20, 1307(1965).
[43] V. E. Gruzdev. Proc. SPIE, 5506, 138(2004).
[44] J. R. Smith, C. Orban, N. Rahman, B. McHugh, R. Oropeza, E. A. Chowdhury. Phys. Plasmas, 28, 074505(2021).
[45] H. Burau, R. Widera, W. Hönig, G. Juckeland, A. Debus, T. Kluge, U. Schramm, T. E. Cowan, R. Sauerbrey, M. Bussmann. IEEE Trans. Plasma Sci., 38, 2831(2010).
[46] L. Fedeli, A. Huebl, F. Boillod-Cerneux, T. Clark, K. Gott, C. Hillairet, S. Jaure, A. Leblanc, R. Lehe, A. Myers, C. Piechurski, M. Sato, N. Zaim, W. Zhang, J.-L. Vay, H. Vincenti. SC22: International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis, 1(2022).
[47] V. E. Gruzdev. Proc. SPIE, 5647, 480(2005).
[48] A.-C. Tien, S. Backus, H. Kapteyn, M. Murnane, G. Mourou. Phys. Rev. Lett., 82, 3883(1999).
[49] P. Balling, J. Schou, Rep. Prog. Phys., 76, 036502(2013).
[50] D. Terzani, P. Londrillo. Comput. Phys. Commun., 242, 49(2019).
[51] F. Pérez, L. Gremillet, A. Decoster, M. Drouin, E. Lefebvre. Phys. Plasmas, 19, 083104(2012).
[52] K. Nanbu, S. Yonemura. J. Comput. Phys., 145, 639(1998).
[53] Y. T. Lee, R. M. More. Phys. Fluids, 27, 1273(1984).
[54] S. Morris, T. Goffrey, K. Bennett, T. Arber. Phys. Plasmas, 29, 123907(2022).
[55] L. V. Keldysh. JETP, 21, 1135(1965).
[56] J.-L. Déziel, L. J. Dubé, C. Varin. Phys. Rev. B, 104, 045201(2021).
[57] G. M. Petrov, J. Davis. J. Phys. B, 41, 025601(2008).
[58] B. Rethfeld. Phys. Rev. B, 73, 035101(2006).
[59] C. Varin, R. Emms, G. Bart, T. Fennel, T. Brabec. Comput. Phys. Commun., 222, 70(2018).
[60] R. Courant, K. Friedrichs, H. Lewy. Math. Ann., 100, 32(1928).
[61] R. Courant, K. Friedrichs, H. Lewy. IBM J. Res. Develop., 11, 215(1967).
[62] W. M. Haynes. CRC Handbook of Chemistry and Physics(2012).
[63] V. A. Gritsenko, R. M. Ivanov, Y. N. Morokov. J. Exp. Theor. Phys., 81, 1208(1995).
[64] T. V. Perevalov, V. A. Gritsenko, S. B. Erenburg, A. M. Badalyan, H. Wong, C. W. Kim. J. Appl. Phys., 101, 053704(2007).
[65] V. Gruzdev. Proc. SPIE, 7842, 784216(2010).
[66] S. Zhang, M. Tripepi, A. AlShafey, N. Talisa, H. T. Nguyen, B. A. Reagan, E. Sistrunk, D. J. Gibson, D. A. Alessi, E. A. Chowdhury. Opt. Express, 29, 39983(2021).
[67] C. N. Danson, C. Haefner, J. Bromage, T. Butcher, J.-C. F. Chanteloup, E. A. Chowdhury, A. Galvanauskas, L. A. Gizzi, J. Hein, D. I. Hillier, N. W. Hopps, Y. Kato, E. A. Khazanov, R. Kodama, G. Korn, R. Li, Y. Li, J. Limpert, J. Ma, C. H. Nam, D. Neely, D. Papadopoulos, R. R. Penman, L. Qian, J. J. Rocca, A. A. Shaykin, C. W. Siders, C. Spindloe, S. Szatmári, R. M. G. M. Trines, J. Zhu, P. Zhu, J. D. Zuegel. High Power Laser Sci. Eng., 7, e54(2019).
[68] P. L. Poole, C. Willis, R. L. Daskalova, K. M. George, S. Feister, S. Jiang, J. Snyder, J. Marketon, D. W. Schumacher, K. U. Akli, L. Van Woerkom, R. R. Freeman, E. A. Chowdhury. Appl. Opt., 55, 4713(2016).
[69] F. F. Chen. Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion(2016).
[70] K. Werner, V. Gruzdev, N. Talisa, K. Kafka, D. Austin, C. M Liebig, E. Chowdhury. Sci. Rep., 9, 19993(2019).
[71] P. A. Zhokhov, A. M. Zheltikov. Sci. Rep., 8, 1824(2018).
[72] P. Stampfli, K. H. Bennemann. Phys. Rev. B, 42, 7163(1990).
[73] M. Grehn, T. Seuthe, M. Höfner, N. Griga, C. Theiss, A. Mermillod-Blondin, M. Eberstein, H. Eichler, J. Bonse. Opt. Mater. Express, 4, 689(2014).
[74] H. Wang, H. Qi, J. Zhao, B. Wang, J. Shao. Opt. Commun., 387, 214(2017).
[75] T. Q. Jia, Z. Z. Xu, R. X. Li, D. H. Feng, X. X. Li, C. F. Cheng, H. Y. Sun, N. S. Xu, H. Z. Wang. J. Appl. Phys., 95, 5166(2004).
[76] S. Inaba, S. Fujino, K. Morinaga. J. Am. Ceramic Soc., 82, 3501(1999).
[77] R. P. Drake. High-Energy-Density Physics(2006).
[78] J. Zhao, J. Sullivan, J. Zayac, T. D. Bennett. J. Appl. Phys., 95, 5475(2004).
[79] L. Zhao, J. Cheng, M. Chen, X. Yuan, W. Liao, H. Wang, Q. Liu, H. Yang. Results Phys., 12, 1363(2019).
[80] D. Bäuerle. Laser Processing and Chemistry(2013).
[81] R. G. Kraus, S. T. Stewart, D. C. Swift, C. A. Bolme, R. F. Smith, S. Hamel, B. D. Hammel, D. K. Spaulding, D. G. Hicks, J. H. Eggert, G. W. Collins. J. Geophys. Res. Planets, 117, E9(2012).
[82] R. S. Khmyrov, S. N. Grigoriev, A. A. Okunkova, A. V. Gusarov. Phys. Procedia, 56, 345(2014).
[83] I. S. Grigoriev, E. Z. Meilikhov. Handbook of Physical Quantities(1997).
[84] G. V. Samsonov. The Oxide Handbook(2013).
[85] P. Virtanen, R. Gommers, T. E. Oliphant, M. Haberland, T. Reddy, D. Cournapeau, E. Burovski, P. Peterson, W. Weckesser, J. Bright, S. J. van der Walt, M. Brett, J. Wilson, K. J. Millman, N. Mayorov, A. R. J. Nelson, E. Jones, R. Kern, E. Larson, C. J. Carey, l. Polat, Y. Feng, E. W. Moore, J. VanderPlas, D. Laxalde, J. Perktold, R. Cimrman, I. Henriksen, E. A. Quintero, C. R. Harris, A. M. Archibald, A. H. Ribeiro, F. Pedregosa, P. van Mulbregt. Nat. Methods, 17, 261(2020).
[86] M. Mero, J. Liu, W. Rudolph, D. Ristau, K. Starke. Phys. Rev. B, 71, 115109(2005).
[87] H. Wang, H. Qi, J. Zhao, B. Wang, J. Shao. Opt. Commun., 387, 214(2017).
[88] C. Wang, M. Zinkevich, F. Aldinger. J. Am. Ceramic Soc., 89, 3751(2006).
[89] W. A. Roth, G. Becker. Z. Phys. Chem., 159A, 1(1932).
[90] G. L. Humphrey. J. Am. Chem. Soc., 75, 2806(1953).
[91] E. J. Huber, C. E. Holley. J. Chem. Eng. Data, 13, 252(1968).
[92] A. N. Kornilov, I. M. Ushakova, E. J. Huber, C. E. Holley. J. Chem. Thermodyn., 7, 21(1975).
[93] Y. N. Paputskii, V. A. Krzhizhanovaskaya, V. B. Glushkova. Inorg. Mater, 10, 1338(1974).
[94] M. B. Panish, L. Reif. J. Chem. Phys., 38, 253(1963).
[95] J. J. Low, N. H. Paulson, M. D’Mello, M. Stan. Calphad, 72, 11(2020).
[96] G. Geoffroy, G. Duchateau, N. Fedorov, P. Martin, S. Guizard. Laser Phys., 24, 086101(2014).
[97] G. G. Paulus, W. Becker, W. Nicklich, H. Walther. J. Phys. B, 27, L703(1994).
[98] G. Duchateau, G. Geoffroy, A. Dyan, H. Piombini, S. Guizard. Phys. Rev. B, 83, 075114(2011).
[99] D. R. Austin, K. R. P. Kafka, Y. H. Lai, Z. Wang, C. I. Blaga, E. A. Chowdhury. Opt. Lett., 43, 3702(2018).
[100] J. R. Smith, C. Orban, J. T. Morrison, K. M. George, G. K. Ngirmang, E. A. Chowdhury, W. M. Roquemore. New J. Phys., 22, 103067(2020).
[102] W. J. Cody, K. A. Paciorek, H. C. Thacher. Math. Comput., 24, 171(1970).
[104] J. D. Hunter. Comput. Sci. Eng., 9, 90(2007).
[105] C. R. Harris, K. J. Millman, S. J. van der Walt, R. Gommers, P. Virtanen, D. Cournapeau, E. Wieser, J. Taylor, S. Berg, N. J. Smith, R. Kern, M. Picus, S. Hoyer, M. H. van Kerkwijk, M. Brett, A. Haldane, J. F. del Río, M. Wiebe, P. Peterson, P. Gérard-Marchant, K. Sheppard, T. Reddy, W. Weckesser, H. Abbasi, C. Gohlke, T. E. Oliphant. Nature, 585, 357(2020).
Get Citation
Copy Citation Text
Joseph R. Smith, Ziyao Su, Simin Zhang, Charles Varin, Vitaly E. Gruzdev, Enam A. Chowdhury. A fully three-dimensional kinetic particle-in-cell framework for modeling laser–dielectric interactions: few-cycle pulse damage[J]. High Power Laser Science and Engineering, 2025, 13(4): 04000e60
Category: Research Articles
Received: Mar. 4, 2025
Accepted: Jun. 5, 2025
Published Online: Sep. 15, 2025
The Author Email: