Investigation of the Parallelization of Green’s Function Method for High-Order Harmonic Generation Simulations
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Marmara Üniversitesi, Fen - Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2023
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Gökhan İLHAN
Danışman: Erdi Ata Bleda
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Yüksek mertebeli harmonik üretimi (YHÜ), femtosaniye atma süresine sahip şiddetli bir lazer alanını bir gaz hedefine odaklayarak aşırı ultraviyole (XUV) bölgede ışık üreten doğrusal olmayan bir süreçtir. Sürücü lazer alanı genellikle birkaç femtosaniye atma süresine sahip olup, şiddeti TW/cm^2 mertebesindedir. Çok sayıda lazer fotonunu yüksek enerjili tek bir fotona dönüştürmenin bu doğrusal olmayan sürecine YHÜ denir. Bir frekans dönüştürme süreci olarak temel doğasının yanı sıra, YHÜ, hedefin yapısı hakkında ultra hızlı (ottosaniye mertebeli) bir zaman ölçeğinde bilgi elde etmek için bir yöntem olarakta ilgi görmeye devam etmektedir. YHÜ sürecinde, plato bölgesinde yayılan fotonların, hem şiddetlerini artırmak hem de kesme frekansını uzatmak onlarca yıldır bilimsel araştırmaların odak noktasında yer almıştır. Böyle bir gelişimi başarmanın bir yolu, serbest hedefi homojen olmayan bir bölgeye yerleştirmektir. Arzu edilen iyileştirmeye ulaşmanın bir başka yolu ise, hedefin hapsedilmesidir (mesela C_60 kafesi içine). Topçu ve çalışma arkadaşları C_60 kafesine kapatılmış bir hidrojen atomundan YHÜ sürecini incelemiştir. Bu tür sistemlerde, lazer şiddetinin YHÜ'ne yönelik yanıt almaya yetecek, ancak iyonizasyon yoluyla Coulomb patlaması nedeniyle kafesi kıracak kadar güçlü olmayacak bir düzeye düşürülmesi gerekir. 3-boyutlu Zamana Bağlı Schrödinger'in Denklemi (ZBSD)'ni çözmek, bu sistemin gelişim sürecini yöneten dinamiklerin analizi konusunda sınırlayıcı kalmaktadır. Bunun temel nedeni, atomun lazerle etkileşimi sırasında ekseriyetli olarak başlangıç durumunda kalmasıdır. Bu tür sistemlerde vukuu bulan temel süreçleri analiz etmek için, pertürbatif yöntemlerin kullanımı gerekmektedir. Bu yöntemlerden biri de zamana bağlı pertürbasyon teorisi çerçevesindeki Green fonksiyonu yöntemidir. Dalga fonksiyonunun ilk hali altında gömülü ve saklı kalmış dinamikleri, zamanın bir fonksiyonu olarak dalga fonksiyonuna ihtiyaç duyulan mertebede yapılacak düzeltmelerin analizi ile çıkarılabilir. Bu tür simülasyonların seri uygulamaları genelde 5-6 saate kadar CPU zamanı alabilmektedir. Önceki çalışmada gösterilmiştir ki YHÜ simülasyonlarında, uygun paralelleştirme ile ciddi hız kazanımları elde etmek mümkündür. Bu tezde, ilk aşamada Green fonksiyonları ile n. mertebe zamana bağlı pertürbasyon teorisini kullanarak YHÜ için paralel zaman yayıcımızın matris denklemlerini geliştirdik ve ardından YHÜ'ni simüle etmek için OpenMP API'lerini kullanarak C programlama dilinde paralel bir kod yazdık. Ürettiğimiz sonuçları ZBSD sonuçları ile kıyasladığımızda sonuçlarımızı oldukça tutarlı bulduk.