Optimizing the ionization and energy absorption of laser-irradiated clusters
已知稀有气体或金属团簇非常有效地吸收入射激光能量。然而，由于所有的激光和集群参数的复杂的依赖关系，很难预测在何种情况下电离和能量吸收是最佳的。借助三维粒子在细胞模拟氙集群（高达17256个原子），我们发现，对于一个给定的激光脉冲能量和集群的最佳波长存在对应的近似波长的瞬态，线性米氏共振的电离集群在早期阶段的可忽略不计的膨胀。在一个单一的超短激光脉冲，在这个最佳波长的线性共振产生更高的吸收效率比在传统的，双脉冲泵浦探测设置的线性共振在集群扩展。
2008-01-08 physics.atm-clus physics.optics physics.plasm-ph
Transport in a laser irradiated thin foil
用三维粒子模拟方法研究了强激光短脉冲与薄金属箔的相互作用。观察到激光产生的电子电流衰减成磁隔离丝。细丝通过重新连接而在规模和大小上增长。考虑两种不同的激光波长。灯丝的空间分离对于两个波长是不同的。许多电流丝携带的净电流大大超过阿尔芬电流。
2001-08-29 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Surface Oscillations in Overdense Plasmas Irradiated by Ultrashort Laser Pulses
本文研究了强激光脉冲垂直入射过密等离子体中电子表面振荡的产生。二维（2D）粒子细胞模拟显示了从一个平面，静电振荡在$2ω$，与$ω$的激光频率，一个二维电磁振荡在频率$ω$和波矢量$k>ω/c$的过渡。一个新的电子参数不稳定性，涉及到一个一维静电振荡衰减成两个表面波，被引入到解释的基本特征的二维振荡。这种效应导致在几个激光周期内等离子体表面的波纹，并且可能对激光与固体靶的相互作用产生强烈的影响。
2001-10-29 physics.plasm-ph
High-efficient harmonic vortex generation from a laser irradiated hollow-cone target
针对微尺度波导中谐波产生因静电势积累而猝灭的问题，本文提出利用空心锥靶使激光强度逐渐增加、表面波长距离保持高振幅，将谐波涡旋产生效率提升近一个数量级至20%以上，并缓解预脉冲预热导致的效率下降，为极紫外光学涡旋源发展提供新方案。
2023-01-13 physics.optics physics.plasm-ph
Magnetic field amplification in a laser-irradiated thin foil by return current electrons carrying orbital angular momentum
磁化高能量密度物理学为首次在激光等离子体背景下观察磁场相关物理提供了新的机会。我们专注于这样一个现象，这是一个激光照射磁化等离子体的能力，以放大种子磁场。我们进行了一系列完全动力学的磁场放大的皮秒尺度的相对论性激光脉冲强度$4.2\times 10^{18}$ W/cm $^2$入射在薄箔上的三维模拟。我们观察到轴向磁场放大从最初的0.1 kT种子到1.5 kT超过几个立方微米的体积，持续数百飞秒长于激光脉冲的持续时间。磁场放大由返回电流中的电子从种子磁场获得有利的轨道角动量来驱动。该机制对激光偏振具有鲁棒性，并在一定范围的模拟参数内提供数量级放大。
2020-01-16 physics.plasm-ph
Comparison between illumination model and hydrodynamic simulation for a Direct Drive laser irradiated target
本文研究了激光束在极轴49 °和131 °处照射的球形靶。照明模型已被用来评估假设圆形和椭圆形的超高斯激光强度分布的照射不均匀性和照射方案已被优化的极性直接驱动技术的装置。已经进行了参数研究，提供了作为极性直接驱动位移和激光强度分布参数的函数的照射不均匀性。此外，还对具有恒定平坦时间功率脉冲特征的激光束照射塑料球进行了二维轴对称流体动力学模拟。在这些模拟中，已经跟踪了向内冲击波的前部，提供了任何非均匀性的时间演化。两种方法-照明模型和流体动力学数据-提供的结果进行了比较，发现照明模型再现了流体动力学数据所表现出的主要行为。这两个模型为最佳极轴直接驱动参数和类似的最佳超高斯分布提供了兼容值。
2014-06-30 physics.plasm-ph
600-T Magnetic Fields due to Cold Electron Flow in a simple Cu-Coil irradiated by High Power Laser pulses
提出了一种新的简单的冷电子流产生强磁场的机制。当激光强度为5.7 × 10^15 Wcm^-2时，在自由空间中会产生600 T的强磁场。理论分析表明，磁场强度与激光强度成正比。这种强磁场为研究激光-等离子体物理，特别是快点火激光聚变研究和实验室天体物理提供了一个新的实验平台。
2015-05-04 physics.plasm-ph
On the physics of electron ejection from laser-irradiated overdense plasmas
使用一维和二维PIC模拟，我们描述和模拟后向喷射的电子束团时，激光脉冲反射过稠密的等离子体与尖锐的密度梯度在其前侧。研究了激光强度和梯度标度长度对系统的影响。研究发现，在每个激光周期内，入射激光脉冲产生一个大的电荷分离场或等离子体电容器，它将阿秒电子束加速到真空中。该过程对于短梯度标度长度最大化，并且当梯度标度长度与激光波长相当时崩溃。我们开发了一个模型，再现的电子动力学和激光强度和梯度尺度长度的依赖。这个过程被证明是强烈的联系与高谐波产生通过相对论振荡镜机制。
2018-01-31 physics.plasm-ph
Maxwell-Vlasov-Uehling-Uhlenbeck (VUU) Simulation for Coupled Laser-Electron Dynamics in a Metal Irradiated by Ultrashort Intense Laser Pulses
National Institutes for Quantum Science and Technology (QST)（量子科学技术研究开发机构）；The University of Tokyo（东京大学）；NTT Corporation（日本电报电话公司）
本文基于Vlasov方程扩展了半经典方法，引入Vlasov-Uehling-Uhlenbeck方程以考虑动态电子-电子散射，并耦合麦克斯韦方程描述激光脉冲传播，研究了铝中能量吸收与传输。
2025-02-05 physics.optics physics.plasm-ph
Weibel instability-mediated collisionless shocks in laser-irradiated dense plasmas:Prevailing role of the electrons in the turbulence generation
本文采用粒子模拟方法研究了超高强度激光脉冲驱动下稠密等离子体中无碰撞湍流激波的产生。从线性分析中，我们强调了激光加热和返回电流电子在触发强烈的韦伯不稳定性中的关键作用，从而产生能够各向同性靶离子的磁湍流。
2015-02-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Fast electron propagation in Ti foils irradiated with sub-picosecond laser pulses at $Iλ^{2} > 10^{18}$ Wcm$^{-2} μm^{2}$
本文通过测量裸钛箔和厚环氧涂层钛箔的硬X射线和K-α辐射，研究了快电子在激光辐照钛箔中的传播。关键的观测结果包括电子的强散射和箔中电子束的发散，以及磁场准直的证据。我们的诊断使我们能够估计快电子温度和激光能量转化为快电子的比例。我们已经观察到明显的差异，观察到与裸和环氧树脂背衬的目标，这可能是由于的影响的快速电子温度。
2014-03-31 physics.plasm-ph
Collimated protons accelerated from an overdense gas jet irradiated by a 1 micron wavelength high-intensity short-pulse laser
我们研究了近临界密度氢气射流靶在波长为1.054 μ m的高强度（10^18 W/cm ^2）短脉冲（5 ps）激光辐照下质子的正向加速。我们观察到激光脉冲驱动的冲击加速特征，除了通常使用的电子鞘驱动的质子加速之外，还导致具有小发散度的单能质子束。我们得到的质子能量是适度的（~MeV），但通过调整气体射流密度分布提供了改进的前景。此外，我们观察到，这种机制是非常强大的产生这些光束，因此可以被认为是未来的候选人在激光驱动的离子源驱动的即将到来的下一代多PW近红外激光器。
2017-08-08 physics.plasm-ph
Dynamics of Nanometer-Scale Foil Targets Irradiated with Relativistically Intense Laser Pulses
在这封信中，我们报告的高谐波辐射的实验研究中产生的纳米级箔靶照射下的正常入射。实验构成了第一个明确的观察奇数相对论谐波产生的$\vec{v}\times\vec{B}$组件的洛伦兹力验证了长期预测的固体目标谐波的属性。同时，所观察到的谐波光谱允许在实验场景中的目标密度的原位提取，这对于诸如由超强激光的辐射压力的离子加速的应用是最感兴趣的。
2010-09-08 physics.plasm-ph
Effects of hole-boring and relativistic transparency on particle acceleration in overdense plasma irradiated by short multi-PW laser pulses
采用包含辐射摩擦的完全相对论、实几何粒子模拟方法，研究了超短超强激光脉冲在半无限高密度氢等离子体中的传输特性。相对论透明和钻孔制度被发现是敏感的横向等离子体场，后向光反射，和激光脉冲偏转。对于接近$I\sim10^{24}$ W/cm $^2$的激光强度，质子的直接激光加速以及离子库仑爆炸导致它们注入激光脉冲前沿的压缩电子波的加速相。质子被加速到10-20 GeV，密度大约是临界密度的几倍。这种效应强烈依赖于初始密度和激光强度，随着初始密度的增加和激光强度的减小，这种效应消失。
2019-04-19 physics.plasm-ph
Harmonics Generation in Ultra-Thin Nanofilms Irradiated by Intense Nonrelativistic Short Laser Pulse
在纳米靶中的谐波产生的问题被认为是在参数范围内（纳米靶直径和泵浦激光强度）时，在目标中的电子的振荡幅度远大于目标的宽度。电子运动带电纳米靶在不同的激光场（非相对论）强度的存在下被认为是。证明了在红外波段的激光作用下，团簇不具有足够强的束缚电子的势，使电子具有大的振荡幅度。与团簇相反，纳米膜被认为是所考虑问题中非常有前景的目标。一个简单的分析模型和分子动力学模拟表明，增加谐波产生时，在薄膜中的电子的振荡幅度变得更大，比膜的宽度。简要讨论了不同制度的生成。
2014-02-08 physics.plasm-ph
Hollow density channels and transport in a laser irradiated plasma slab
本文用三维粒子模拟方法研究了强激光与等离子体板的相互作用。观察到激光产生的电子电流衰减成磁隔离丝。通过一个合并的过程，在这个过程中，场的拓扑结构发生了变化。相反的过程偶尔也会发生。激光驱动的电荷流和能量流与重联磁场相互作用。在合并过程结束时，流和场被限制在靠近等离子体板的激光照射表面。两者在本体等离子体中迅速衰减。由于灯丝中的磁压力，在电子和离子密度中形成中空密度通道。模拟表明，在这些通道中的电荷流可以超过阿尔芬电流。
2001-08-29 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Terahertz emission from submicron solid targets irradiated by ultraintense femtosecond laser pulses
采用高分辨率的二维粒子模拟方法，数值研究了垂直入射的超强（$\sim 10^{20}\,\rm W\,cm^{-2}$）、超短（$30\,\rm fs$）激光脉冲驱动下，亚微米厚碳固体薄膜中的太赫兹辐射机制.所考虑的目标厚度范围延伸到相对论透明度制度，这是已知的优化离子加速飞秒激光脉冲。通过解开纵向和横向电流发射的字段，我们的分析表明，在相互作用后的第一皮秒内，太赫兹发射发生在突发作为相干跃迁辐射的结果，由再循环的热电子和天线型发射的屏蔽电子电流沿快速膨胀的目标表面行进。
2020-07-09 physics.plasm-ph
Enhanced collimated GeV monoenergetic ion acceleration from a shaped foil target irradiated by a circularly polarized laser pulse
采用多维粒子模拟方法，研究了1022 W/cm ^2圆偏振激光脉冲辐照下金属箔的离子加速过程。当箔最初在横向方向上成形以匹配激光强度分布时，与通常的平坦靶相比，靶的中心部分可以均匀加速更长的时间。有效地抑制了靶变形和不期望的等离子体加热。加速离子束的最终能谱得到显著改善。准直GeV准单能离子束携带多达18%的激光能量的观察在多维模拟。辐射阻尼效应也检查在模拟中。
2009-03-20 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Ion heating dynamics in solid buried layer targets irradiated by ultra-short intense laser pulses
利用粒子模拟方法研究了相对论强度的超短激光脉冲辐照固体埋层靶时体离子的加热。我们的研究集中在CD 2-Al-CD 2夹心靶几何结构上。我们发现增强氘核离子加热层压缩的扩展铝层。在Al-CD 2界面处产生的压力梯度将该层氘核离子推向靶的外部区域。在它通过靶的过程中，氘核离子不断地注入这一层。我们的模拟表明，该层的定向集体向外运动被转换成层内的热运动，导致氘温度高于在目标的其余部分中发现的。这种增强的加热已经可以在低至100飞秒的激光脉冲持续时间下观察到。因此，在当前的高功率激光系统中，可以以每分钟数十次激光发射的重复率进行详细的实验调查，这将允许探测和优化加热动态。
2013-07-19 physics.plasm-ph
Observation of high efficiency Betatron radiation from femtosecond petawatt laser irradiated near critical plasmas
本文介绍了拍瓦级激光辐照近临界等离子体产生高转换效率的Betatron X射线辐射的实验研究。当~ 5e 20 W/cm 2强度的激光脉冲聚焦到具有3e 20/cm 3电子密度的等离子体中时，直接激光加速充当主导机制。电荷约为35 nC的电子束被加速到最大能量为70 MeV，并在激光场中振荡时发射X射线。从激光到X射线的能量转换效率可达1 e-4，比其他电子感应加速器的能量转换效率高出几个数量级。通过二维粒子模拟进一步解释了尖锐等离子体密度边界对加速和辐射的增强作用。
2021-09-26 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Characterization of ionization injection in gas mixtures irradiated by sub-petawatt class laser pulses
利用平衡方程和粒子模拟方法，分析了低Z和高Z混合气体中的电离注入对激光尾流场电子加速的影响，通过测试探针粒子在真实等离子体场中的运动轨迹和电离过程中电荷加载的直接模拟，得到了电离注入对激光尾流场电子加速的影响。结果表明，光电离后出现在激光脉冲场最大值处的电子被捕获在激光脉冲尾流的第一桶中。激光脉冲前沿光场电离产生的电子向后传播，部分电子被捕获在第二、第三等桶中，电离注入效率不高，只有几pC/mm/桶。在较低的等离子体密度和较窄的激光脉冲强度范围内，这种注入变得与破波注入具有竞争力。
2019-11-15 physics.plasm-ph
Nano-scale ultra-dense Z-pinches formation from laser-irradiated nanowire arrays
我们表明，超密集的Z-箍缩与纳米尺度可以通过照射对齐的纳米线与相对论强度的飞秒激光脉冲产生。使用完全三维的相对论粒子在细胞模拟，我们证明了激光脉冲驱动的前向电子电流在周围的电线的区域。该正向电流通过导线感应出每$μ$ m \textsuperscript{2} 0.1千兆安培的返回电流密度。由此产生的强的、准静态的、自生的方位角磁场将纳米线捏成热等离子体，其峰值电子密度为$> 9\cdot 10^{24}$ cm \textsuperscript{-3}，超过临界密度的1000倍。这些新的超密度纳米针阵列有望导致有效的微聚变和其他应用。
2016-04-21 physics.plasm-ph
New mechanisms for generating super-ponderomotive electrons in laser-irradiated targets
结果表明，静态纵向和横向电场可以显着改变电子加速的长激光束在亚临界等离子体中，使超有质动力电子的产生。在这种情况下，等离子体场的作用不是直接将大量能量传递给电子，而是降低电子和激光束之间的轴向退相速率。在这两种情况下，减少的失相导致随后的轴向动量和总电子能量的增强。这些机制可以是相关的实验与固体密度的目标，亚临界等离子体层发生作为一个相当大的预脉冲的结果。
2014-09-01 physics.plasm-ph
Numerical Study of Kα X-ray Emission from Multi-layered Cold and Compressed Targets Irradiated by Ultrashort Laser Pulses
本文对超短脉冲激光与金属靶相互作用产生Kα X射线进行了数值研究。计算中假设了几个目标被高强度超短激光脉冲辐照。利用Maxwell Boltzmann热电子分布函数和解析模型，计算了Kα光子数随热电子温度、靶厚度和K壳层电离截面的变化关系。给出了两层和三层金属Kα屈服随靶厚变化的模拟结果。这些计算对于优化强激光脉冲辐照金属靶产生的X射线产额是有用的。我们还推广了这一模型，并给出了冲击压缩材料中快速电子传输产生的Kα荧光测量的模拟结果。
2015-08-03 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Piecewise acceleration of electrons across a periodic solid-state structure irradiated by intense laser pulse
本研究通过三维PIC模拟与一维模型，证实周期与激光波长匹配的固态微结构在强激光辐照下可实现电子超高梯度分段加速，确定了最优靶参数，为相关原理验证实验提供依据。
2020-05-01 physics.plasm-ph
X-ray emission from a liquid curtain jet when irradiated by femtosecond laser pulses
基于激光的电离辐射源由于其广泛的潜在应用在过去几年中引起了相当大的关注。然而，这些来源的稳定性和鲁棒性仍然是一个需要解决的问题。为了解决这些问题，我们提出了一个源，使用液体射流-而不是固体-作为生产X射线的目标。液体射流始终为每次激光射击提供清洁的表面，这代表了比固体更明显的优势。在这项工作中，我们提出了这样的目标的X射线发射的实验表征，并研究了当使用两个时间延迟脉冲的过程的效率。根据所获得的结果，X射线产额与常用靶相当。
2017-02-03 physics.plasm-ph
Generation of cold magnetized relativistic plasmas at the rear of thin foils irradiated by ultra-high-intensity laser pulses
提出了一种在实验室中产生磁化相对论等离子体的方案。它是基于超高强度亚皮秒激光脉冲与几微米厚的箔或膜的相互作用。通过Particle-In-Cell模拟表明，高能电子由激光产生，并在靶的后部疏散触发的目标的膨胀，并建立了一个强大的方位磁场。结果表明，在膨胀的等离子体鞘层中，磁压力与电子静质量能量密度之比大于1，而等离子体压力小于磁压力，电子回旋半径小于等离子体尺寸。该方案可用于相对论性磁重联等极端天体物理现象的实验室研究。
2021-11-24 physics.plasm-ph
Modeling of optical, transport, and thermodynamic properties of Al metal irradiated by intense femtosecond laser pulses
基于被辐照物质的双温状态方程，建立了强飞秒激光脉冲与固体靶相互作用的理论模型。它允许等离子体的形成和膨胀的动力学的描述。比较现有的实验数据上的振幅和相位的铝的复反射系数与模拟结果提供了新的信息的传输系数和吸收能力的强耦合铝等离子体在很宽的温度和压力范围内。
2008-05-05 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Dense Electron-Positron Plasmas and Ultra-Intense Bursts of Gamma-Rays from Laser-Irradiated Solids
在模拟10 PW激光撞击固体的过程中，我们证明了产生纯电子-正电子等离子体的可能性，这些过程与那些被认为在高能天体物理环境中运行的过程相同。最大正电子密度达到10^26/m^3，比之前的实验高出7个数量级。此外，35%的激光能量被转换成强度为10^22 W/cm ^2的伽马射线爆发，这可能是实验室中最强的伽马射线源。这种吸收导致在新的“QED-等离子体”机制中，电子对和伽马射线产生与经典等离子体物理之间的强反馈。
2012-06-06 physics.plasm-ph
Self-absorption of synchrotron radiation in a laser-irradiated plasma
等离子体表面的电子被强度超过$10^{23}~\mathrm{W}\mathrm{cm}^{-2}$的激光照射后会被强烈加速，从而发出同步辐射的脉冲。虽然在等离子体表面的高光子和电子密度以及电磁场强度的组合使得粒子-粒子相互作用成为可能，但是这些相互作用通常在高强度区域的模拟中被忽略。在这里，我们演示了两个这样的过程：光子吸收和受激发射的实施。我们表明，对于不透明的激光等离子体，光子吸收将导致完全耗尽的同步光子光谱的多keV区域，除非由受激发射补偿。我们的结果激发了对强电磁场中QED现象的密度依赖性的进一步研究。
2021-05-11 hep-ph physics.plasm-ph
Spin-orbit interaction in a high-power laser irradiated micro-scale plasma waveguide
光携带角动量作为自旋和轨道分量。光的自旋-轨道相互作用（SOI）是指自旋（左或右圆偏振）影响空间自由度的现象。最近，人们对SOI的兴趣激增，因为它提供了对亚波长尺度偏振光行为的物理洞察，并允许对光进行自旋控制。大多数研究都是在低强度下进行的，这使得SOI在相对论性激光-等离子体相互作用中所起的作用，其特征在于非线性，了解较少。在这里，使用3D粒子模拟，我们报告SOI效应在这个前所未有的制度。具体而言，照射微尺度等离子体波导的圆偏振高斯激光驱动自旋控制的手性表面波，允许反射的谐波光子获得轨道角动量（OAM）。这些效应在极紫外区产生强烈的光学涡旋--这是一个具有重要基础和应用物理潜力的领域。
2019-09-06 physics.plasm-ph
A method to achieve rapid localised deep heating in a laser irradiated solid density target
通过激光产生的快电子快速加热小的掩埋区域对于诸如XUV辐射源或作为冲击实验的驱动器的应用可能是有用的。在非结构化目标的加热轮廓具有一个全球最大值附近的前表面。本文提出了一种新的靶设计，它利用电阻导引将快电子流密度集中在靶内有限的深度。几何形状的选择使用非成像光学原理。在靶内50μm处达到了全局最大温度。虽然理论计算表明，小尺寸的源应该比大尺寸的源表现得更好，但模拟表明，在高强度下的大角度扩展会导致快速电子在两侧的显著损失。系统参数扫描表明最佳激光强度。最大离子温度和前表面的离子温度之间的比值为1.6。
2016-01-29 physics.plasm-ph
Dense Polarized Positrons from Laser-Irradiated Foil Targets in the QED Regime
在强场量子电动力学（QED）体系中，激光与固体相互作用可以有效地产生高密度正电子。这些正电子是否被极化还没有报道，限制了它们的潜在应用。本文采用QED粒子模拟方法，考虑了正负电子自旋和光子极化效应，研究了一种典型的激光-固体系统，即用超强线偏振激光照射含有$μ$ m尺度预等离子体的箔靶。我们发现，当激光强度超过$10^{24}~\rm W/\rm cm^2$时，正电子产额变得可观时，正电子明显地被极化。极化的正电子能以$10^{12}\,{\rm sr}^{-1}$的通量获得$>30\%$极化度和$>30$ nC电荷。偏振依赖于偏转角，在某些角度和能量下可达60%。角相关极化归因于正电子在过密等离子体表层中所经历的非对称激光场，其中辐射自旋翻转和辐射反应起着重要作用。正电子极化是鲁棒的，通常可以出现在未来的100-PW级激光固体实验的各种应用。
2021-12-14 physics.plasm-ph
Ultrahigh charge electron beams from laser-irradiated solid surface
利用激光与等离子体相互作用对高电荷相对论电子束进行紧凑加速具有许多独特的应用。然而，目前公知的方案，包括气体激光尾场加速和固体真空激光加速，通常产生的电子束具有低电荷或具有大的发散角。在这项工作中，我们报告的产生高度准直的电子束的发散角为几度，准单能谱峰值在MeV的水平，和极高的电荷（$\sim$ 100 nC）通过一个强大的亚皮秒激光脉冲与固体靶在掠入射相互作用。粒子模拟说明了一个新的直接激光加速方案，其中的自致发光被触发在一个大规模的近临界密度的等离子体和电子束团被周期性地加速和准直的超强电磁场。这种电子束在高Z材料中的能量密度达到$\sim10^{12} \mathrm{J/m^{3}}$，使其成为驱动温暖甚至热的致密物质态的有前途的工具。
2017-12-10 physics.plasm-ph
On the occurrence of Balmer spectra in expanding microplasmas from laser irradiated liquid hydrogen
研究了超短强激光脉冲辐照氢液滴的巴耳末谱。氢谱线的韧致辐射、斯塔克展宽和范德华轮廓的统一量子统计描述被使用，这允许包括多粒子效应。分析谱线轮廓，推断出稠密等离子体的低电离度，其中对谱线形状的主要贡献来自与中性组分的相互作用。推导了辐射微等离子体的有效温度和有效密度。等离子体流体力学内的动力学描述，解释激发原子态的形成在膨胀系统和所观察到的巴耳末线的发生只有低于临界密度。
2007-04-03 physics.atm-clus physics.plasm-ph
Experimental study of fusion neutron and proton yields produced by petawatt-laser-irradiated D2-3He or CD4-3He clustering gases
我们报告的实验中，得克萨斯州拍瓦激光照射氘或氘代甲烷团簇和氦-3气体的混合物，产生三种类型的核聚变反应：D（d，3 He）n，D（d，t）p和3 He（d，p）4 He。我们测量了这些反应的聚变中子和质子的产率，发现它们与基于简单的圆柱形等离子体模型的产率一致，该模型使用已知的截面和测量的等离子体参数。在我们的测量误差范围内，融合产物是各向同性分布的。等离子体温度对截面很重要，通过两种独立的方法确定：（1）氘离子飞行时间，和（2）利用D（d，3 He）n和3 He（d，p）4 He反应的中子产额与质子产额的比率。该实验产生了激光辐照氘团簇所达到的最高离子温度。
2013-10-02 nucl-ex physics.plasm-ph
Efficient backward x-ray emission in a finite-length plasma irradiated by a laser pulse of ps duration
本文通过二维粒子模拟发现，皮秒激光辐照有限长度低密度等离子体时，激光在密度下降坡处产生的纵向电场可使部分电子转向并后向加速，从而高效产生后向硬X射线，其转换效率高于前向发射且源尺寸更小。
2024-06-06 physics.acc-ph physics.app-ph physics.optics
Bunched proton acceleration from a laser-irradiated cone target
激光驱动离子加速技术是一种紧凑型高能离子源技术。目前，在有待解决的各种物理和技术问题中，离子能量的提升和能量扩散的减小代表了该技术的关键挑战。在这里，我们提出了一个方案，以解决这些挑战，使用一百太瓦级的激光脉冲照射锥形目标。三维粒子模拟表明，大量的电子被拖出锥壁，并被锥内的激光场加速到数百MeV。当这些高能密集电子束通过锥形靶尖进入真空时，迅速形成高达数十TV/m的极高聚束加速场。质子被加速，同时聚束由这个领域，导致准单能质子束与百兆电子伏的能量和低能量扩散~ 2%。探索的结果与激光和目标参数的质子束能量的标度，表明该计划是强大的。这为紧凑型高能质子源从基础研究到生物医学应用开辟了新的途径。
2022-07-16 physics.plasm-ph
Simultaneous measurements on the electron and X-ray spectra from laser-irradiated near-critical-density double-layer targets at relativistic intensity
报道了在相对论飞秒脉冲5E 19 W/cm^2辐照下，近临界密度（NCD）双层靶的电子谱和X射线谱的同步测量实验结果.研究了电子和X射线谱与NCD层密度和厚度的关系。对于最佳靶，获得了温度为5.5 MeV的电子和临界能量为5 keV的X射线。基于实验参数的2D粒子模拟证实了电子在等离子体通道中通过直接激光加速而加速，导致温度显著高于有质动力温度。在电子离开双层靶之前，由电子感应加速器发射和汤姆逊反向散射产生明亮的X射线。
2020-10-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Synchrotron emission from nanowire-array targets irradiated by ultraintense laser pulses
我们提出了一个数值研究，基于二维粒子模拟，同步辐射诱导的飞秒激光脉冲强度$I=10^{21}-10^{23}\,\mathrm{Wcm}^{-2}$与纳米线阵列的相互作用过程中。通过广泛的参数扫描的目标参数，我们确定和表征几个占主导地位的辐射机制，主要取决于由导线膨胀产生的等离子体的透明度或不透明度。在$I=10^{22}\,\mathrm{Wcm}^{-2}$，对于$36-50\,\mathrm{nm}$线宽度和$1\,μ\mathrm{m}$间隔，高能（$>10\,\mathrm{keV}$）光子的发射达到$\sim 10\%$的最大转换效率。这种最大辐射产率与相同平均（亚固体）密度的均匀等离子体中实现的最大辐射产率相似，但纳米线阵列在更广泛的参数范围内提供了有效的辐射源。我们研究了光子谱随激光强度和金属丝材料的变化。最后，我们证明了在纳米线阵列的背面添加等离子体反射镜可以进一步提高辐射效率。
2018-06-06 physics.plasm-ph
Collimated gamma-ray beams from structured laser-irradiated targets -- how to increase the efficiency without increasing the laser intensity
使用三维动力学模拟，我们研究了准直γ射线束的发射从结构化的激光照射的目标与预填充的圆柱形通道。该通道引导入射激光脉冲，使得能够产生缓慢演变的方位角等离子体磁场，其具有两个关键功能：增强激光驱动的电子加速和诱导高能电子发射伽马射线。我们的主要发现是，通过利用具有最佳密度的通道，可以在不增加激光强度的情况下显着增加激光能量到伽马射线束的转换效率（$5^{\circ}$张角）。当我们将$P$从1 PW增加到4 PW时，转换成多MeV光子的效率随着入射激光功率$P$大致线性地增加，同时保持激光峰值强度固定在$5 \times 10^{22}$ W/cm $^2$。通过在10和$20 n_{cr}$之间的通道中使用等离子体密度的最佳范围来实现这种缩放，其中$n_{cr}$是电磁波的经典截止密度。相应的光子数按比例缩放为$P^2$。直接受益于这种强定标的一个应用是通过双光子碰撞产生对，在固定的激光强度下，产生的对的数量随着$P^4$而增加。
2019-08-18 physics.acc-ph physics.app-ph physics.plasm-ph
Temperature measurements of fusion plasmas produced by petawatt laser-irradiated D2-3He or CD4-3He clustering gases
在德克萨斯拍瓦激光器上进行的激光团簇聚变实验中，采用了两种不同的方法来确定等离子体温度。在第一个实验中，温度是从爆炸的D2或CD 4团簇喷射出的氘离子的飞行时间数据中得出的。在第二个实验中，温度是从两个不同的核聚变反应的比率测量的，这两个反应在等离子体中同时发生：D（d，3 He）n和3 He（d，p）4 He。这两种方法所测得的温度吻合较好，表明：i）当离子在解体等离子体中运动时，离子能量分布没有明显的畸变; ii）氘离子的动能，特别是负责核聚变的最热部分的动能，很好地描述了近麦克斯韦分布。
2013-06-05 physics.plasm-ph
Towards Bright Gamma-Ray Flash Generation From Tailored Target Irradiated by Multi-Petawatt Laser
本文研究多拍瓦激光与定制靶相互作用中背景场对γ光子产生的影响，结合磁流体动力学与粒子模拟发现背景场可提高激光耦合效率并产生高能正负电子对，为核光子学等应用提供高效γ射线源。
2022-04-07 physics.plasm-ph
High-energy-density plasma in femtosecond-laser-irradiated nanowire array targets for nuclear reactions
本文结合PIC模拟与聚变实验研究飞秒激光辐照NWA靶产生的HEDP，揭示纳米线鞘层加速离子的约束机制，并证明其能量密度和体积显著优于平面靶。
2022-09-12 physics.plasm-ph
Bright single-cycle terahertz source based on gas cells irradiated by two-color laser pulses
本文研究了在双色飞秒激光脉冲照射下，亚毫米尺度的原子气透明池中电子流的激发。脉冲由强基波分量和低强度的二次谐波组成，两者都是圆偏振的。我们表明，足够小的$20μ$ m细胞的等离子体振荡激发的非对称电离几乎是空间均匀的相互作用体积内。这种相干偶极等离子体振荡导致电子能量到在太赫兹频域中发射的辐射的能量的非常有效的转换。同时，强准静态电场的最大强度$E_m\simeq 10$ MV/cm的细胞内存在在几百飞秒后的电离双色激光脉冲已经走了。
2019-11-26 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Highly Polarized Energetic Electrons via Intense Laser-Irradiated Tailored Targets
本文提出利用紧聚焦超强激光与定制固体靶相互作用，通过驻波中的辐射自旋极化与角度分离机制，结合自生准静态场聚焦，实现单束10 PW激光产生高度极化高能电子束。
2024-06-08 physics.plasm-ph
Inverse Compton scattering from solid targets irradiated by ultra-short laser pulses in the $10^{22}-10^{23}\,\mathrm{W/cm^2}$ regime
采用粒子模拟方法研究了超强激光脉冲与薄固体薄膜相互作用中通过非线性逆康普顿散射过程（ICS）产生的高能γ射线辐射。它示出的ICS光子的角分布有一个向前取向的两个方向的结构，中心在一个角度$\vartheta = \pm 30^\circ$，一个值预测的理论模型的基础上的驻波近似的电磁场在前面的目标，这只增加在最高的强度，由于更快的钻孔，这使得近似无效。转换效率随驱动脉冲强度呈超线性增加。通过电子核韧致辐射的发射相比，它表明，更高的吸收，更快的钻孔进一步增强，在具有较低的原子序数的目标强烈有利于ICS过程。
2019-12-17 physics.plasm-ph
Collimated hot electron generation from sub-wavelength grating target irradiated by a femtosecond laser pulse of relativistic intensity
本研究针对相对论强度超短激光与亚波长光栅靶作用产热电子的问题，通过实验对比平面靶发现光栅靶可产生沿镜面方向的准直热电子且温度、产额更高，数值模拟揭示了场加速机制，为准直快电子束的多领域应用提供支撑。
2023-07-10 physics.plasm-ph
Stopping of ions in a plasma irradiated by an intense laser field
研究了强辐射场作用下重离子与电子等离子体的非弹性相互作用。假设$ω_{0} >ω_{p}$，其中$ω_{0}$是RF的频率，$ω_{p}$是等离子体频率，计算了与RF周期平均的测试离子的阻止功率。为了突出辐射场的影响，我们提出了一个比较我们的分析和数值计算结果得到的非零RF与那些消失的RF。它已被证明，射频可以大大降低慢离子的平均能量损失，而在高速增加它。此外，已经表明，当等离子体电子的入射速度超过离子速度时，由于RF而导致的抛射离子的加速预期在高速度下并且在RF的高强度极限下。
2011-11-13 physics.plasm-ph
Collimated $ γ$-flash emission along the target surface irradiated by a laser at non-grazing incidence
本文通过三维粒子模拟发现，激光斜入射固体靶时可在靶面方向产生准直γ光子束，其机制源于入射与反射激光干涉场对电子的GeV级加速和动量导向，并系统分析了入射角、偏振、功率、脉宽、靶厚及预等离子体等参数的影响。
2025-03-10 physics.plasm-ph
Asymmetric emission of high energy electrons in the two-dimensional hydrodynamic expansion of large xenon clusters irradiated by intense laser fields
能量谱和角分布已被测量的电子时，释放的$Xe_{150000}$解体后，由强烈的（10 $^{15}-10^{16}$ W cm $^{-2}$）激光脉冲的照射，其持续时间在100-2200 fs的范围内变化。团簇爆炸动力学发生在流体动力学区域。电子发射被发现是出乎意料的不对称，并表现出共振时，激光脉冲宽度为$\sim$ 1 ps。这些结果是合理的扩展的流体动力学模型，也考虑到光场施加的力的偏振电荷上的集群表面上诱导。我们表明，这种电致伸缩力的大小是可比的库仑力和水动力，它表现出共振行为。与早期的理解相反，我们发现低能电子与团簇吸收能量的共振有关。高能电子似乎是由一种不太受共振影响的机制产生的。
2002-10-09 physics.atm-clus physics.plasm-ph
Amplification and ellipticity enhancement of sub-femtosecond XUV pulses in IR-field-dressed neon-like active medium of a plasma-based X-ray laser
在[I.R. Khairulin等人，（参见Phys. Rev. Lett.）我们提出了一种用于在基于等离子体的X射线激光器的类锯齿形活性介质中放大圆偏振或椭圆偏振极紫外（XUV）辐射的亚飞秒脉冲的训练的方法，所述极紫外辐射由红外（IR）激光场的高次谐波构成，所述基于等离子体的X射线激光器另外被用于产生谐波的基频激光场的复制品照射，并且显示了在高次谐波辐射的放大期间保持或增强其椭圆率的可能性。在本文中，我们详细描述了这一过程中的一个单一的谐波分量和一个亚飞秒脉冲训练形成的一组谐波。我们推导出的解析理论和描述的高次谐波场在其传播过程中通过介质的解析和数值的演变。我们还讨论了实验实施的建议的技术的可能性，在活性介质中的X射线激光器的基础上的类钛^{12+}离子照射的红外激光场的波长为3.9微米。
2021-04-16 physics.optics physics.plasm-ph
Modelling dynamics of samples exposed to free-electron-laser radiation with Boltzmann equations
本文应用玻尔兹曼方程模拟了自由电子激光（FEL）光子辐照下样品的辐射损伤。我们测试这种方法的研究情况下，球对称氙原子团簇辐照真空紫外自由电子激光光子。得到的结果表明，玻尔兹曼方法描述的复杂和非平衡态的样品暴露于自由电子激光辐射的动力学的潜力。
2005-12-20 hep-ph physics.plasm-ph
Ion distribution and ablation depth measurements of a fs-ps laser-irradiated solid tin target
研究了800纳米波长的激光对固体锡表面的烧蚀，其脉冲长度范围为500 fs ~ 4.5 ps，能量密度范围为0.9 ~ 22 J/cm ^2。采用高数值孔径光学显微镜获得的烧蚀深度和体积，而离子产额和能量分布是从一组法拉第杯设置在不同的角度。我们发现，增加脉冲长度的离子产额略有增加，而烧蚀深度略有下降。消融体积作为脉冲长度的函数保持恒定。烧蚀深度遵循两个区域的对数依赖的注量，与现有的文献和理论。在所研究的注量范围内，离子产额角分布在低注量下沿靶法线方向出现尖峰，但随着注量的增加而迅速加宽。总的电离分数单调增加的注量为5-6%的最大值，这是大大低于纳秒脉冲消融获得的典型的电离分数。在测量不确定度范围内，离子的角分布不依赖于激光脉冲长度。这些结果是特别感兴趣的可能利用飞秒激光系统在等离子体源的极紫外光纳米光刻。
2017-01-04 physics.plasm-ph
