A Femtosecond Neutron Source
本文讨论了利用圆偏振激光脉冲产生的超短离子束驱动亚光周期聚变中子源的可能性。薄箔氘靶的双面辐照产生两个反向运动的离子束，它们的碰撞导致超短中子爆发。使用粒子模拟和分析建模，它是评估，对于几个$10^{19} W cm^{-2}$的强度，超过$10^3$中子每焦耳可以在短于一个飞秒的时间内产生。另一个计划的基础上，分层氘氚目标概述。
2006-02-24 physics.plasm-ph
Stable attosecond electron bunches from a nanofiber driven by Laguerre-Gaussian lasers
产生阿秒束的高能电子提供了显着的潜力，从超快物理到新的辐射源。然而，用激光稳定地产生这样的电子束仍然是一个巨大的挑战，因为来自激光-等离子体相互作用的典型亚飞秒电子聚束要么携带低束电荷，要么仅传播几十飞秒。本文提出了一种利用拉盖尔-高斯（LG）激光脉冲与电子束相互作用产生密集阿秒电子聚束的全光学方案。稳定的聚束训练是由圆偏振LG激光脉冲的独特场结构引起的，使每个聚束能够被相位锁定并以低发散角、高光束电荷和大光束角动量向前加速。这为各种领域的广泛应用铺平了道路，例如，超亮阿秒x/ $γ$射线发射。
2018-04-24 physics.plasm-ph
Sub-femtosecond wakefield injector and accelerator based on an undulating plasma bubble controlled by a laser phase
我们证明了一个长传播的等离子体气泡执行波动运动可以产生在两个共同传播的激光脉冲：一个近单周期的注入器和多周期的驱动器。当波动幅度超过解析推导的阈值时，等离子体电子高度局部化地注入气泡中，随后是它们的长距离加速。当注入区的位置由注入脉冲的载波包络相位（CEP）控制时，加速亚飞秒高电荷电子束团的单能谱几乎与CEP无关
2021-04-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Homogeneous Focusing Field for Short Relativistic Electron Bunches in Plasma
对相对论短电子束团在等离子体尾流透镜中的聚焦进行了解析和数值模拟研究。对于两种透镜，导出了相对论电子束团聚焦序列的必要参数。这些参数的验证进行了数值模拟。
2020-07-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Increase of amplitude of accelerating wakefield excited by sequence of short relativistic electron bunches in plasma at magnetic field use
早些时候，作者发现了短相对论电子聚束序列的机制，即使聚束的重复频率与等离子体频率不同，也会导致尾场的共振激发。在这种情况下，由于相对于等离子体波进入坏相位的聚束的散焦，恢复了频率的同步。然而，在这种情况下，聚束丢失，其结果是不参与尾流场的激发。本文采用数值模拟的方法研究了磁化等离子体中电子束团的动力学行为以及相对论电子短束团长序列对尾流场的激发。当使用磁场时，散焦的聚束在一定时间之后返回到与场相互作用的区域。在这种情况下，聚束的电子返回到场的必要相位，参与尾流场的激发。而且，磁场的使用导致激发波的频率相对于聚束的重复频率的增加。后者增加了保持共振的时间，因此，导致激发的尾流场的振幅增加。
2020-09-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Dynamics of self-injected electron bunches at their acceleration by laser pulse in plasma
数值模拟了在激光脉冲激发的等离子体尾场对自注入电子束团的加速自洽变化到自注入电子束团激发的尾场对自注入电子束团的加速时，自注入电子束团在井喷区的动力学行为。考虑了脉冲训练加速和束流自清洁的优点。
2020-12-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Colliding Pulse Injection of Polarized Electron Bunches in a Laser-Plasma Accelerator
针对现有激光等离子体加速器极化电子束产生方案的固有局限，提出对撞脉冲注入技术，结合贝叶斯优化参数，可利用100-TW级激光获得高电流、高极化度且品质优异的电子束团。
2023-10-04 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Electron-Positron Collider Design -- simulations from long proton driven beam to 125GeV witness electron and positron bunches
本文通过模拟实验证明了基于等离子体加速器的正负电子对撞机的可行性。从SPS（superproton synchrotron）提供的17.612cm质子束出发，模拟表明长质子束在均匀等离子体中通过种子自调制可以在前半部分形成多个高质量的质子束团。然后，我们使用这些高质量的聚束在均匀等离子体中激发尾流场，并加速见证正电子和见证电子。模拟结果表明，在加速90 m后，见证聚束的平均能量约为125 GeV，平均加速梯度约为1.3 GeV/m。正电子-电子碰撞的质心能量约为125 GeV。讨论了输出见证聚束的能量扩展、见证粒子存活率、发射度和亮度。
2020-04-03 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High-quality multi-GeV electron bunches via cyclotron autoresonance
利用圆偏振聚焦高斯脉冲，对激光自共振加速电子进行了理论研究。多粒子模拟证明了产生10 GeV以上超高质量（相对能量扩展为10^-4量级）电子束团的可行性，适用于基础高能粒子物理学研究。所需的激光峰值强度和轴向磁场强度分别高达约10^18 W/cm^2（峰值功率约10 PW）和60 T。超过100 GeV的增益被证明是可能的，当使用弱聚焦脉冲从200-PW激光设施。
2013-07-06 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Relativistic acceleration of electrons injected by a plasma mirror into a radially polarized laser beam
提出了一种利用周期数少的径向偏振激光脉冲产生飞秒、相对论、高电荷电子聚束的方法。在这种方案中，入射激光脉冲反射离开过密等离子体，该过密等离子体将电子注入反射脉冲中。Particle-In-Cell模拟表明，等离子体理想地注入电子，导致与以前的方法相比，加速电子束团的电荷和能量急剧增加。这种方法可以用来产生飞秒pC聚束的能量在1-10 MeV的范围内，使用现实的激光参数对应于当前kHz的激光系统。
2020-04-08 physics.plasm-ph
Nanometer-scale pre-bunched electron beams generated from all-optical plasma-based acceleration
Peking University（北京大学）；University of California Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
本文提出一种基于全光学等离子体加速的方案，通过激光调制产生纳米尺度预压缩电子束，为超快X射线应用提供新可能。
2026-02-22 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Numerical Analysis of Space Charge Effects in Electron Bunches at Laser-Driven Plasma Accelerators
激光驱动等离子体加速器（LPA）已经成功地产生了高能量，高电荷的电子束，可以达到许多kA的峰值电流，在短距离内。空间电荷的问题，即使在传输线一样简单的漂移部分，必须仔细考虑，因为它们可以降低光束质量，防止任何进一步的应用程序，这样的电子束。我们用数值模拟的方法分析了电子束团中的空间电荷效应，以评估它们对电子束的影响。我们使用LPA光束参数发表在以前的实验研究。这些研究可以给出一个指示的工作点，空间电荷可以占主导地位的束流动力学，并已考虑到在这种光束的应用。
2010-11-23 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Generation and Characterization of Electron Bunches with Ramped Current Profiles in a Dual-Frequency Superconducting Linear Accelerator
我们报告成功的实验产生的电子束与斜坡电流分布。该技术依赖于使用超导射频直线加速器在两个频率和电流增强色散部分操作的纵向相空间中的非线性相关性的印象。产生的$\sim 700$ -MeV聚束具有千安培量级的峰值电流。各种加速器设置所采取的数据证明了该方法的多功能性，特别是它能够产生对纵向（时间）坐标具有准线性依赖性的电流分布。所测得的聚束参数，通过数值模拟，产生千兆伏每米峰值加速电场的Transformer比大于2的介质内衬波导。
2011-09-07 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Energy spread of ultracold electron bunches extracted from a laser cooled gas
超短和超冷电子束产生的近阈值飞秒激光冷却气体的光电离单次拍摄超快衍射实验具有很大的希望。在以前的出版物中，横向光束质量和聚束长度已经确定。在这里，产生的聚束的纵向能量扩展的测量第一次，使用专门开发的维恩过滤器。通过确定电子束团的平均偏转作为磁场的函数，校准了维恩滤波器。测得的相对能量扩展$\frac{σ_{U}}{U} = 0.64 \pm 0.09\%$与理论模型吻合得很好，理论模型指出它是由电离激光器的宽度和加速长度。
2017-11-07 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Probing Ultrafast Magnetic-Field Generation by Current Filamentation Instability in Femtosecond Relativistic Laser-Matter Interactions
本文介绍了中等相对论性的超短激光脉冲与固体靶相互作用过程中产生飞秒时间尺度强磁场涨落的实验测量。这些领域进行了探测，使用低发射度，高度相对论性的电子束从激光尾场加速器，和线积分$B$ -场的$2.70 \pm 0.39\,\rm kT\,μm$进行了测量。三维的，完全相对论的粒子在细胞模拟表明，这种波动源于一个韦伯型的电流双折射不稳定性发展在亚微米尺度的照射靶表面周围，他们成长到足够强的振幅，以扩大探测电子束的角分布几十飞秒激光脉冲最大值后。我们的研究结果突出了尾场加速电子束的相对论激光驱动现象的超快探测的潜力。
2019-07-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Ponderomotive scattering of an electron-bunch before injection into a laser wakefield
为了激光尾流场加速的目的，事实证明，比等离子体波长长的电子聚束的注入也可以产生具有相对低的能量扩展的加速的飞秒聚束。这是非常令人感兴趣的，因为可以提供这样的注入聚束，例如，最先进的光电阴极射频枪在这里，我们指出，当电子束团注入尾流场中，重要的是要考虑的有质动力散射的注入聚束的激光脉冲在真空区位于前面的等离子体。在注入的聚束的低能量下，这种散射导致收集效率的显著下降。通过较低强度的激光脉冲和相对高的注入能量可以达到较大的收集效率。我们还估算了注入电子的最小俘获能和俘获束团的长度。
2006-07-07 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Laser-accelerated, low divergence 15 MeV quasi-monoenergetic electron bunches at 1 kHz
我们演示了激光尾场加速的准单能电子束团高达15兆电子伏，在1 kHz的重复频率与2.5 pC的电荷每束和一个核心与< 7 mrad的光束发散。加速是由5 fs，< 2.7 mJ的激光脉冲入射到一个薄的，近临界密度的氢气射流。低光束发散归因于对激光载波包络相位滑移的降低的敏感性，这通过使用激光偏振和气体射流控制以两种方式实现：（1）电子注入到气体射流的等离子体密度下降斜坡上的尾流中，以及（2）使用圆偏振驱动脉冲。在下坡中的温和波破碎的条件下，电子束轮廓具有与κ电子能量分布一致的2D洛伦兹形状。这种分布以前只在空间或尘埃等离子体中观察到。我们将这种形状归因于二次尾流场气泡势所限制的强相关无碰撞聚束，其中气泡中的红移激光场将横向速度空间扩散赋予聚束。
2020-10-29 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Relativistic electron beams driven by kHz single-cycle light pulses
激光等离子体加速是一种新兴的技术，用于在非常短的距离内将电子加速到高能量。加速的电子聚束具有飞秒的持续时间，使它们特别适用于超快成像或飞秒X射线产生等应用。目前的激光等离子体加速器通常由焦耳级激光系统驱动，这有两个主要缺点：相对较大的规模和较低的重复率，每秒最多只有几次发射。加速电子束的能量范围从100 MeV到多GeV，然而MeV电子源将更适合于许多社会和科学应用。在这里，我们展示了一个紧凑和可靠的激光等离子体加速器产生高质量的几兆电子伏的电子束在千赫重复率。这一突破是通过使用近单周期光脉冲实现的，这将驱动加速器所需的激光能量降低了三个数量级，从而实现了高重复率操作和激光系统的大幅缩小。测量的电子束团是准直的，其能量分布峰值为5 MeV，包含高达1 pC的电荷。数值模拟再现了所有的实验特征，并表明电子聚束只有$\sim 1$ fs长。我们预计，这些kHz飞秒相对论电子源的出现将为广泛的影响应用铺平道路，例如具有前所未有的10 fs以下分辨率的材料中的超快电子衍射。
2016-12-02 physics.plasm-ph
Multi-color, femtosecond $γ$-ray pulse trains driven by comb-like electron beams
光子工程可以用来控制激光等离子体加速器（LPA）中驱动脉冲的非线性演化，为在飞秒时间尺度上定制电子束相空间提供了新的途径。一个有希望的选择是用两个亚焦耳的非相干堆叠驱动LPA，不同颜色的多TW脉冲。双色光学驱动器的缓慢自压缩延迟电子退相，从而在不积累大量低能尾部的情况下提升电子束能量。堆叠的适度能量在可管理的激光平均功率下提供kHz级重复率。在预先形成的等离子体通道中的叠层诱导拖尾脉冲中的周期性自聚焦，从而引起加速桶的尺寸的振荡。所得到的周期性注入在毫米级距离上产生具有超过$^2$ $10^{17}$ A/m的5D亮度的GeV级电子聚束的训练。这种非传统的梳状光束，飞秒同步和可控的能量间隔的组件，发射，通过汤姆逊散射，高度准直的千兆瓦$γ$射线脉冲的训练。对应于2.5和25 MeV之间的不同能带的每个脉冲包含超过$10^6$的光子。
2017-12-22 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Amendment of the numerical dispersion in particle-in-cell methods for evaluation of charges of self-injected electron bunches in the laser wakefield acceleration
在激光尾场加速（LWFA）中产生的电子束的总电荷和能量的评估是确定所需的目标和激光参数的主要步骤。粒子模拟（PIC）是一种有效的数值工具，可以提供这样的评估，除非数值色散的影响不被削弱。数值色散不仅影响LWFA中的退相长度，而且影响自注入电子的总量，这是PIC模拟所特有的。在计算光速时的$10^{-4}-10^{-3}$数量级的数值误差导致总注入电荷和加速电子聚束的能量增益的显著误差。在标准的数值方法中，对光速的数值修正要么要求无限小的空间网格分辨率（这需要大的计算平台），要么被迫在数值精度上妥协。一个简单，易于实现的数值方案，以抑制数值分散的电磁脉冲在PIC模拟中，即使具有适度的空间分辨率，而没有任何特殊的处理的核心结构的数值算法。由于尾流相速度的更好计算，自注入电子束团的估计电荷变得基本上更低。
2021-12-31 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High-quality GeV-scale electron bunches with the Resonant Multi-Pulse Ionization Injection
最近提出了一种新的激光尾流场加速注入方案，采用一个100 TW级的激光系统。在共振多脉冲电离注入（ReMPI）中，脉冲的共振训练驱动大振幅等离子体波，该等离子体波通过进一步电离高Z掺杂剂（本文中为氩）来捕获从等离子体提取的电子。虽然驱动训练的脉冲具有低于掺杂剂电离阈值的强度，但是适当延迟和倍频（或更多）的电离脉冲具有足够大的电场以提取电子，尽管其归一化幅度远低于1。在本文中，我们将报告的数值模拟结果，旨在生成GeV级聚束的归一化发射度和{\it rms}能量低于$80\, nm \times rad $和$0.5\, \%$，分别。分析考虑自由电子激光性能的$1.3\, GeV$束也将报告。
2018-02-27 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Thomson backscattering diagnostics of nanosecond electron bunches in high space charge regime
当要求束流具有高亮度时，束内排斥对自由电子器件的性能起着重要的决定作用。束流的横向和纵向扩展、能量和密度是任何束流实验的基本参数，不同的束流诊断可用于测量这些参数。提出了一种基于激光束与粒子束相互作用的汤姆逊后向散射诊断方法，用于研究高空间电荷区纳秒电子束团。这种诊断，旨在测量密度，能量和能量扩散，设置在Malmberg-Penning陷阱（通常用于电子/离子约束）中的两种不同的配置，旨在优化灵敏度，空间分辨率和电子束在空间和时间上的重合。为此目的，由光阴极源产生的电子聚束（脉冲时间<4 ns）用不同的静电诊断进行初步表征，并用于测试诊断系统。详细的解决方案，这是设计用于在真空室中的激光和聚束注入，电子和激光脉冲的空间和时间重合，光子检测，优化的几何形状在激光束相互作用。然后总结结果，估计最低灵敏度的设置。
2012-10-26 physics.acc-ph physics.plasm-ph
On the production of flat electron bunches for laser wake field acceleration
我们提出了一种新的方法注入电子到加速阶段的粒子加速器，产生低发射度的光束，甚至适合于苛刻的高能直线对撞机规格。本文利用强激光脉冲的偏振和聚焦特性，计算了强激光脉冲后等离子体尾流场加速相的注入。借助于突变理论，我们对注入动力学进行了分类。该方案使用结构稳定的制度，横向尾波破碎时，电子轨迹自相交导致形成一个扁平的电子束。如在三维粒子模拟中所示的激光脉冲在线焦点与欠密等离子体的相互作用，电子，通过横向尾波破碎和尾波加速注入，执行沿两个横向坐标具有不同的振幅和频率的电子感应加速器振荡。极化和聚焦的几何形状导致一种方法来产生相对论电子束与不对称的发射度（平束）。简要讨论了一种产生扁平激光加速离子束的方法。
2006-06-07 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Interaction of ultrarelativistic electron and proton bunches with dense plasmas
在这里，我们讨论的可能性就业的超相对论电子和质子束产生高等离子体尾场在稠密等离子体中由于切伦科夫共振等离子体束相互作用。我们估计这样的唤醒和最小系统长度的最大振幅可以在给定的聚束参数产生。
2012-01-05 physics.plasm-ph
Effect of plasma inhomogeneity on plasma wakefield acceleration driven by long bunches
数值研究了等离子体不均匀性对自调制质子束团和加速电子的影响。其主要影响是尾波场波长的变化，这将导致相移和加速粒子的损失。这种效应对长粒子束驱动的等离子体尾场加速器的密度均匀性提出了严格的限制。横向双流不稳定性，转换成一个训练的微束的长束是不太敏感的密度不均匀性比加速粒子。束自由地穿过密度增加的区域并与密度减小的区域相互作用。
2012-05-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Efficient Acceleration of High-Quality GeV-Electron Bunches in a Hybrid Laser- and Beam-Driven Plasma Wakefield Accelerator
Ludwig–Maximilians–Universität München（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学）；Heinrich Heine Universität Düsseldorf（杜塞尔多夫海因里希·海涅大学）；Laboratoire d’Optique Appliquée (LOA), CNRS, École polytechnique, ENSTA, Institut Polytechnique de Paris（巴黎理工学院应用光学实验室（LOA），法国国家科学研究中心，巴黎综合理工学院）；Max Planck Institut für Quantenoptik（马克斯·普朗克量子光学研究所）；University of Strathclyde（思克莱德大学）；Helmholtz-Zentrum Dresden–Rossendorf（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心）
该研究通过混合激光与束驱动等离子体wakefield加速器，实现了高效率的能量传输，显著提升了驱动束到见证束的能量转换效率。
2026-02-27 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Ultrarelativistic electron bunches of solid densities and nuclear radiation from nanolayers-plasma-targets under superintense laser pulses
我们认为非线性相互作用的相对论强度的超功率激光脉冲与纳米层和固体等离子体靶对生产高能量密度的电子束团随着核辐射（硬$% γ$ -量子和正电子通量）。结果表明，拍瓦激光器能够通过双靶方案产生高密度场自由电子/正电子聚束和能量高达$200$ MeV的大量$γ$ -量子。对实际超短紧聚焦强非平面线偏振和圆偏振超相对论激光脉冲的3D 3V问题进行了数值模拟。
2015-07-27 physics.plasm-ph
Generation and acceleration of high brightness electrons beams bunched at X-ray wavelengths using plasma-based acceleration
我们表明，使用粒子在细胞（PIC）模拟和理论分析，高品质的电子束，其密度调制在埃尺度可以直接使用密度下降斜坡注入在一个周期性调制的密度在非线性等离子体波尾场。密度调制在调制期间开启和关闭电子的注入。由于电子的初始位置和它们在尾流内部的最终捕获位置之间的独特纵向映射，这导致具有比等离子体密度调制短的波长数量级的密度调制的电子束。两束同频反向传播的激光的有质动力可以在激光波长的一半处产生密度调制。假设激光波长为$0.8\micro\meter$，完全自洽的OSIRIS PIC模拟表明，该方案可以产生高质量的光束调制在10 μ s和100埃之间的波长。这样的光束可以通过共振波荡器产生完全相干的、稳定的、数百GW的X射线。
2020-10-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Optimal Resonant Asymptotics of Wakefield Excitation in Plasma by Non-resonant Sequence of Relativistic Electron Bunches
对相对论电子束团非共振激发等离子体尾流场的共振渐近性进行了数值模拟。结果表明，在最佳参数下，在共振渐近过程中，尾流场以最大的增长率被激发，并且激发的尾流场的振幅最大。
2020-07-24 physics.plasm-ph
Multi-chromatic narrow-energy-spread electron bunches from laser wakefield acceleration with dual-color lasers
提出了一种基于激光尾场加速的方法，利用另一束三倍频激光触发可控电离注入，产生低能散电子束团。当双色脉冲在背景等离子体中共同传播时，由于等离子体色散，组合激光场的峰值幅度在激光传播期间在时间和空间上被调制。当峰值幅度超过特定阈值时，发生电离注入。在不同的传播距离上，在有限的持续时间内周期性地超过阈值，导致多次电离注入和分离的电子聚束。该方法是通过多维粒子在细胞模拟。这样的电子聚束可以用于生成用于各种应用的多色X射线源。
2015-01-27 physics.plasm-ph
Collider-quality electron bunches from an all-optical plasma photoinjector
Stony Brook University（石溪大学）；University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；University of Rochester（罗切斯特大学）；Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）；University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
本文提出利用全光学等离子体光电注入器生成高质电子束的方法，通过激光脉冲时空控制产生离子化前沿，实现电子束的均匀加速场，模拟结果展示出高电荷和低发散角的电子束，满足碰撞机需求。
2026-04-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Relativistic Attosecond Electron Bunches from Laser-Illuminated Droplets
在强激光与液滴相互作用的三维相对论粒子模拟中观察到相对论阿秒电子聚束的产生。电子束团在一定角度下发射，该角度取决于液滴半径与波长的比值以及等离子体频率与激光频率的比值。利用Mie理论研究了多MeV阿秒电子束团产生的机制。它示出的角分布和高电子能量是由于在液滴表面的参数敏感，时间依赖性的局部场增强。
2009-06-05 physics.optics physics.plasm-ph
Generation of isolated attosecond electron bunches by the diffraction of a polarization-tailored intense laser beam
本研究提出利用偏振定制激光脉冲在固体箔边缘衍射产生孤立阿秒电子束，通过3D模拟验证，适用于多周期脉冲，电子束持续数百阿秒、电荷数十皮库仑。
2024-03-15 physics.plasm-ph
A magnetic spectrometer to measure electron bunches accelerated at AWAKE
为了测量在等离子体中质子束流产生的尾流场中加速的电子束流的能量分布，我们研制了一台用于欧洲核子研究中心（CERN）AWAKE实验的磁谱仪。AWAKE是质子驱动等离子体尾场加速的原理验证实验，使用来自SPS的质子束。电子束在铷等离子体室中被加速到$\mathcal{O}$（1 GeV），然后通过偶极磁体与质子束分离。偶极磁体还在电子聚束上引起能量依赖的空间水平扩展，然后电子聚束撞击闪烁体屏幕。发射的闪烁光子通过三个高反射镜传输到一个位于暗室中的增强型CCD相机，该相机将图像传递到CERN控制系统进行存储和进一步分析。给定已知的磁场和系统效率的确定，闪烁光子的空间扩展可以被转换成电子能量分布。在闪烁体前面的轨道上安装的灯用于校准光学系统，闪烁体屏幕对电子的响应的校准在CERN的CLEAR设施中进行。在这篇文章中，AWAKE谱仪的设计，以及进行校准和预期的性能，这样就可以测量加速电子的能量分布。
2019-02-15 hep-ex physics.acc-ph physics.ins-det
Generation of ultra-relativistic monoenergetic electron bunches via a synergistic interaction of longitudinal electric and magnetic fields of a twisted laser
我们用三维模拟来证明，高质量的超相对论电子束束可以产生后，扭曲的激光束的反射等离子体镜。具有扭转指数$|l| = 1$的光束的独特拓扑结构在近轴区域产生由纵向激光电场和磁场主导的加速结构。我们表明，磁场是必不可少的创建一个训练密集的单能量束。在6.8脉宽激光器上，能量达到1.6 GeV，展宽为5.5%.聚束持续时间为320 μ s，电荷密度为$\sim 10^{27}$ ~m $^{-3}$ .电子能量增益的分析模型的结果得到证实。这些结果使新型激光驱动加速器在多PW激光设施的发展。
2021-05-13 physics.plasm-ph
High charge plasma electron bunches from two collinear laser pulses
采用三维粒子模拟方法研究了激光尾流场加速器的前向光注入方案。可以产生短至6 fs的准单能百pC电子聚束。最佳束分离距离被发现在交叉点处的注入束泡与收集体积横向注入到加速器束泡。它近似对应于等离子体波长。该方案的主要优点是局部注入高电荷。该注入机构可用于诸如超短和相对强的X射线辐射源（诸如电子感应加速器辐射或汤姆逊反向散射、时间分辨电子衍射）的应用或用于进一步加速级的播种。
2019-04-05 physics.plasm-ph
Seeding of Self-Modulation using Truncated Seed Bunches as a Path to High Gradient Acceleration
PARTREC, UMCG, University of Groningen（格罗宁根大学）；CERN（欧洲核子研究中心）；John Adams Institute for Accelerator Science, University of Oxford（牛津大学约翰·亚当斯加速器科学研究所）；Max Planck Institute for Physics（马克斯·普朗克物理研究所）；Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf（杜塞尔多夫海因里希·海涅大学）；University College London（伦敦大学学院）；Uppsala University（乌普萨拉大学）
本文提出了一种方法，通过截断种子束克服限制，实现高梯度粒子加速。实验表明，截断电子束自调制在更高等离子体密度下可重现，且种子 wakefield 幅度增加，有助于缩短达到自调制饱和所需长度。
2026-03-31 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Stimulated coherent spontaneous emission in an FEL with `quiet' bunches
对于平面自由电子激光结构，我们研究了在束团中存在不同水平噪声的情况下，由束团电流梯度驱动的受激相干自发发射。为了进行大量的模拟所需的获得统计上有效的结果，我们开发了一个内存和时间效率的一维模拟代码的基础上的积分解决方案的克莱因-戈登方程描述的字段的演变。源自散粒噪声的电子聚束密度的纵向粒度在整个分析过程中保持不变。模拟中考虑了横向发射度和衍射等三维效应，通过解的拟合公式计算出有效的自由电子激光参数。计算了一个自由电子激光模型与瑞士自由电子激光注入器聚束参数。结果表明，需要将噪声降低几个数量级，低于散粒噪声的水平，以减轻噪声效应。我们提出了一种新的方案，允许形成的电子束与降低的噪声水平和高梯度的电流在束尾，以提高相干自发发射。该方案利用了噪声抑制和可控微聚束不稳定性效应，由激光加热器、散粒噪声散粒噪声抑制部分和聚束压缩器组成。估算了有无激光加热器时的噪声因子和微聚束增益。我们发现，散粒噪声减少了三个数量级，可以实现有限的横向尺寸的电子聚束。
2012-05-11 physics.acc-ph physics.plasm-ph
2D structures of electron bunches in relativistic plasma cavities
研究了等离子体尾场爆发区超低发射度电子聚束的空间结构。在平衡切片模型（ESM）的框架下，考虑了粒子间相互作用的完全Liénard-Wiechert势。该模型使用准静态理论，该理论允许在不知道电子历史的情况下求解Liénard-Wiechert势。我们发现的平衡结构类似于已经观察到的六方晶格，但显示拓扑缺陷。粒子间距离的标度律从数值模拟和分析估计。
2018-05-03 physics.plasm-ph
Monoenergetic acceleration of charge-neutralized ion bunches to GeV-scale energies by the combination of a high-current electron beam and an ionization front
Cornell University（康奈尔大学）；Cornell Laboratory for Plasma Studies（康奈尔等离子体研究实验室）
本文提出对向电离前沿加速（CFA）机制，结合强流相对论电子束与电离前沿，可在数米距离内以超250 MeV/m梯度加速微库仑级离子，为紧凑型重离子加速器研发提供新途径。
2026-08-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Ultrashort high energy electron bunches from tunable surface plasma waves driven with laser wavefront rotation
利用波前旋转（WFR）的超高强度激光脉冲在光栅靶上产生超短超强表面等离子体波（SPW）来加速电子。将智能光栅设计与通过简单的分析建模和粒子单元模拟识别的最佳WFR条件相结合，可以减少SPW持续时间（减少到几个光学周期）并增加其峰值振幅。在相对论的制度，对于$Iλ_0^2=3.4 \times 10^{19}{\rm W/cm^2μm^2}$，这样的SPW被发现加速高电荷（几十个pC），高能量（高达70 MeV）和超短（几fs）的电子束。
2021-01-05 physics.plasm-ph
High brightness, symmetric electron bunch generation in a plasma wakefield accelerator via a radially-polarized plasma photocathode
本文扩展等离子体光阴极方案，采用径向极化激光产生高电荷、高亮度且发射度对称的电子束，并通过贝叶斯优化评估性能，发现其在最优加载下优于线极化方案。
2025-05-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Nonlinear plasma waves driven by short ultrarelativistic electron bunches
提出了准静态近似理论，并利用新型类静电粒子模拟程序研究了超相对论电子驱动束对非线性等离子体波的激发。假设光束占据一个无穷小的体积，我们发现的半径和长度的等离子体气泡中形成的驱动程序的变化值的光束电荷。气泡形成的机制是通过开发简单的模型，在大电荷的气泡解释。等离子体电子驱逐的驱动器电荷激发二次等离子体波，复杂的气泡边界附近的等离子体电子流。
2017-08-31 physics.plasm-ph
Multi-GeV electron bunches from an all-optical laser wakefield accelerator
我们提出了多GeV的激光尾场加速在一个完全光学形成的等离子体波导的第一个演示，与加速梯度高达25 GeV/m。该波导是通过在低密度氢气射流中自波导<15 J，45 fs（<~300 TW）脉冲超过20 cm形成的，同时加速电子聚束在毫弧度发散准单能峰中被驱动到5 GeV，相对能量宽度为~15%，电荷至少为~10皮库仑。在N_e0=（1.3-3.2）x10^17 cm^（-3）的范围内，能量增益与轴上波导密度成反比。我们发现，束团光谱和电荷的连续稳定性强烈依赖于注入激光脉冲的指向和气体射流的均匀性。我们还观察到泵浦耗尽引起的失相的证据，长的光引导距离的后果。
2021-12-08 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Coherent radiation reaction effects in laser-vacuum acceleration of electron bunches
分析了相干增强辐射反应对亚波长电子束团与强激光相互作用中运动的影响。辐射反作用力表现为激光束方向上的辐射压力，与垂直方向上的粘性力相结合。由于电子束团的库仑膨胀，相干辐射反应效应只发生在束团小于波长的初始阶段。结果表明，这个初始阶段可以有可观察到的效果上的束的轨迹。通过将系统缩放到更大的聚束电荷，这些效应可以增加到这样的程度，即它们可以抑制通常在有质动力加速方案中发现的径向不稳定性，从而使激光真空电子聚束加速到GeV能量的全部潜力成为可能。
2010-04-04 physics.acc-ph physics.atm-clus physics.class-ph
Uniform focusing of sequence of relativistic positron bunches in plasma
基于等离子体的加速器维持比在常规加速器中获得的大几个数量级的加速梯度。在正负电子对撞机中，利用等离子体中激发的尾波场对电子束和正电子束进行聚焦是非常重要的。在等离子体中的聚焦机制，其中一个序列的所有电子聚束被相同地聚焦，已经被作者早先提出。本文用2.5D程序LCODE对等离子体中相对论性正电子束团序列的聚焦机制进行了数值模拟研究，其中序列中的正电子束团被均匀一致地聚焦。数值模拟了均匀等离子体中正电子长束团的自洽径向动力学。在模拟中，我们使用等离子体的流体动力学描述。换句话说，等离子体被认为是冷电子液体，正电子束团是宏观粒子的集合体。正电子束团被认为是纵向均匀的圆柱体。束团中的正电子在径向上按高斯分布。结果表明，在这种情况下，只有第一束团处于不等于零的有限纵向电尾流场中。其他束团在零纵向电尾流场Ez=0。该序列束团之间的纵向尾流场和径向力不为零。聚焦径向力的区域中，所占据的束，是恒定的沿每个束Fr= const。束之间的径向力是不均匀的。序列的所有正电子束团被相同地和均匀地聚焦。
2020-01-05 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Excitation of strongly nonlinear plasma wakefield by electron bunches
本文提出了一种新的方法，对电子束团激发的强非线性尾流场（气泡）的激发进行了自洽的解析描述。该方法使得可以仅基于驱动器的属性来计算气泡的形状和其中的电场的分布，而不依赖于任何附加参数。通过粒子模拟验证了分析结果，并显示出良好的对应性。一个完整的解析解的圆柱形驱动程序和缩放律的气泡和其他等离子体加速器参数的属性取决于聚束电荷和长度。
2021-02-09 physics.plasm-ph
A Temporal Retrieval Method for Modulated Electron Bunches via Adaptive Kernel Reconstruction
University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
本文提出了一种新型时间检索算法，用于复杂调制电子束的相干过渡辐射诊断，通过时频分析分离并重建高频和低频成分，优于Kramers-Kronig方法。
2026-05-07 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.optics
Low transverse emittance electron bunches from two-color laser-ionization injection
提出了一种在激光等离子体加速器中利用双色激光脉冲产生低发射度电子束团的方法。使用两区域气体结构，其包含高Z气体的短区域（例如，氪）进行电离注入，然后是较长区域的低Z气体进行后加速。长激光波长（例如，5微米）的泵浦脉冲激发等离子体尾流，而不会由于低电场而触发高Z气体的内壳层电子电离。短激光波长（例如，0.4位于尾流的捕获阶段的50微米）的注入脉冲电离高Z气体的内壳层电子，导致电离诱导的捕获。与单脉冲电离注入相比，该方案提供了一个数量级更小的剩余横向动量的电子聚束，这是由于较小的矢量势振幅的注入脉冲。
2013-05-17 physics.plasm-ph
Temporal characterization of ultrashort linearly chirped electron bunches generated from a laser wakefield accelerator
本文介绍了一种利用激光尾场加速器产生的线性能量啁啾诊断超短电子束团时间特性的新方法。当电离注入束团与驱动激光器的背面相互作用时，它沿激光器的电场方向偏转和拉伸。在离开等离子体时，如果聚束穿过偶极磁体前面的窄缝，该窄缝将电子分散在激光偏振平面中，则它可以形成一系列具有不同能量但被半个激光波长分开的聚束。由于只有未被激光偏转的电子才能通过狭缝，因此束团的能谱被调制。通过分析调制能量谱，可以识别出束团具有线性能量啁啾的激发。因此，这些聚束的能量啁啾和束流分布可以重建。通过粒子模拟和实验验证了该方法的有效性。
2016-04-12 physics.plasm-ph
Particle physics applications of the AWAKE acceleration scheme
AWAKE实验的运行1（2016-8）非常成功，首次展示了质子驱动的等离子体尾场加速，通过观察长质子束团调制成微束团和10米等离子体中电子加速至2 GeV。AWAKE Run 2（2021-4）的目标是将高电荷电子束加速到高能量（约10 GeV），通过等离子体保持光束质量，并显示该过程是可扩展的。因此，AWAKE方案是一种很有前途的方法，可以在短距离内将电子加速到高能，从而为粒子物理实验开发可用的技术。使用来自SPS的质子聚束，电子聚束的加速高达约50 GeV应该是可能的。使用大型强子对撞机质子束来驱动尾流场可能会导致多TeV的电子束，例如在4 km的等离子体中实现3 TeV的加速。本文概述了AWAKE方案在粒子物理学中的一些应用，并表明AWAKE技术可以导致独特的设施和实验，否则是不可能的。特别是，实验提出了寻找暗光子，测量强场QED和研究新的物理在电子-质子碰撞。此外，亦邀请业界考虑应用达TeV量级的电子束。
2018-12-22 hep-ex physics.acc-ph physics.plasm-ph
A novel approach to electron data background treatment in an online wide-angle spectrometer for laser-accelerated ion and electron bunches
基于激光的离子加速由当靶电子吸收激光能量并连续离开靶材料时出现的电场驱动。这些电子和加速的离子之间的直接相关性，因此是预期和预测的理论模型。我们报告一个修改后的广角光谱仪允许同时表征的角度分辨的能量分布的离子和电子。配备了在线像素检测器，RadEye 1检测器，这种相关性的研究可以在Single Shot的基础上实现。除了第一次的见解，我们提出了一种新的方法，可靠地提取初级电子能量分布的干扰二次辐射背景。事实证明，这对于定量提取平均电子能量（温度）和发射的总电荷至关重要。
2018-11-14 physics.plasm-ph
Electron bunch injection at an angle into a laser wakefield
在激光尾流场加速器中，外部注入比等离子体波长长的电子束团可以产生能量扩展为几个百分点的飞秒超相对论束团。对不同结构的激光尾流场中的电子束团（如光阴极射频直线加速器产生的电子束团）注入进行了广泛研究。本文研究了一种新的外注入方式，即电子束团以小角度注入尾场。这样可以避免有质动力散射以及真空等离子体过渡区，这往往会破坏注入聚束。在我们的模拟中，激光脉冲动力学的影响也被考虑在内。结果表明，在一个角度注入可以提供压缩和加速电子束团小于2%的能量扩展。该方案的另一个优点是，它对注入聚束的尺寸的要求不那么严格，并且有可能捕获更多的电荷。
2008-11-14 physics.plasm-ph
Efficient acceleration of high-charge quasi-monoenergetic electron bunches in the blow-out regime using a few TW mid-infrared laser pulses
采用二维粒子模拟方法研究了中红外激光尾场加速中高电荷电子束团的有效产生。只有波长为1.5 μ m的2.5 TW（100 mJ，40 fs）MIR激光脉冲才能产生峰值能量为65 MeV的准单能电子（QME）聚束。模拟结果与实验结果进行了比较，实验表明，使用波长为0.8 μ m的8 TW激光脉冲，产生了40-60 MeV的QME聚束，电子数超过10^8。由1.5 μ m激光产生的QME聚束中的电子数是由0.8 μ m激光产生的电子数的10倍，相当于10^9。从激光能量到QEM束团能量的转换效率大于10%。TW级MIR激光脉冲的激光尾场加速为高效率地产生高电荷QME束团打开了大门。
2019-12-20 physics.optics physics.plasm-ph
