Essential criteria for efficient pulse amplification via Raman and Brillouin scattering
拉曼放大和布里渊放大是两种在等离子体中对短脉冲激光进行放大和压缩的方案。分析模型已经推导出这两个计划，但这些模型的全部后果是鲜为人知的或使用。在这里，我们提出了新的标准，管理的种子脉冲在拉曼和布里渊放大的吸引子解决方案的演变，并显示如何初始激光脉冲需要成形，以控制最终放大种子的属性，提高放大效率。
2016-11-14 physics.plasm-ph
A robust plasma-based laser amplifier via stimulated Brillouin scattering
它示出在这里，布里渊放大可以用来产生皮秒脉冲的拍瓦功率。布里渊放大比拉曼放大对激光和等离子体参数的波动更有弹性，使其成为拉曼放大的有吸引力的替代方案。通过解析理论和多维计算机模拟，发现了一种不同于喇曼放大的新颖的、定义明确的参数区域，在该区域，泵浦-探测压缩比高达100，峰值激光能量密度超过1 kJ/cm $^2$，效率达到30%.通过控制寄生不稳定性，保持了高脉冲质量。
2014-10-03 physics.plasm-ph
Raman amplification in the coherent wavebreaking regime
在远远超过拉曼放大的破波阈值的制度，我们表明，显着的amplifaction可以发生后，破波的发病，相位混合破坏泵浦，探测和等离子体波之间的相干耦合之前。因此，在这种情况下的放大是一种瞬态效应，通过使用短而强的探针来获得更高效率的“相干破波”（CWB）。参数扫描说明了以下波破碎，其中能量传递效率高，但总能量传递低，波破碎，其中效率低，和CWB，其中中等效率允许最高的总能量传递之间的行为的显着差异。
2016-06-16 physics.plasm-ph
Light Spring amplification in a multi-frequency Raman amplifier
提出了利用拉曼放大技术，用长高斯型激光泵浦超短光弹簧激光种子，并对其进行放大和压缩。这种具有螺旋时空强度分布的光泉可以建立在三个不同激光频率分量的叠加上。为了获得独立的频率放大，建立了两个准则。除了这些标准之外，当涉及三个或更多频率时，非等频率分离是必要的以避免谐振重叠。独立的方程组，它描述了在等离子体中的波-波相互作用，数值求解两个不同的光弹簧配置。在这两种情况下，种子激光脉冲的放大和横向压缩已被观察到，最终的轮廓类似于通常的高斯形种子脉冲。此外，还激发了两种不同的螺旋等离子体波。
2018-12-03 physics.plasm-ph
X-ray amplification from a Raman Free Electron Laser
我们证明了毫米级自由电子激光可以工作在X射线范围内，在适度相对论电子束团之间的相互作用，和横向高强度光晶格。波纹状的光致有质动力势同时作为引导和低频摆动器，触发受激拉曼散射。在小信号制度的增益法是在流体的方法，并确认从粒子在细胞模拟。我们描述了聚束的性质，并讨论了饱和特性。由此产生的全光学拉曼X射线激光器打开了超紧凑相干光源的前景硬X射线范围。
2012-11-07 physics.plasm-ph
Stimulated-Raman-scattering amplification of attosecond XUV pulses with pulse-train pumps and application to local in-depth plasma-density measurement
提出了一种利用脉冲串泵浦的受激喇曼散射放大极紫外种子隔离阿秒脉冲的方案。在足够的种子和泵浦强度下，放大是非线性的，并且种子脉冲的幅度可以达到泵浦的幅度，比初始种子幅度高一个数量级。在线性放大区，我们发现泵浦脉冲训练的光谱特征被印刻在放大的种子脉冲的光谱上。由于光谱特征的频率被等离子体频率降低，因此可以推断出相互作用区域中的电子密度。该区域在纵向上可以是微米长度尺度。通过改变种子和泵之间的延迟，该方案提供了一个本地的固体密度等离子体内的电子密度测量，不能探测光频率，微米分辨率。
2022-10-21 physics.plasm-ph
Chirped-Pulse Forward Raman Amplification in Nonuniform Plasmas
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；National Key Laboratory of Dark Matter Physics, School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（暗物质物理全国重点实验室，上海交大物理与天文学院）；Laboratory for Laser Plasmas and Collaborative Innovation Centre of IFSA, Shanghai Jiao Tong University（激光等离子体实验室及IFSA协同创新中心，上海交大）；Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University（李政道研究所，上海交大）
本文提出在非均匀等离子体中采用正啁啾种子脉冲的前向拉曼放大方案，通过动态补偿相位失谐实现宽带放大，可将约10%带宽的种子脉冲放大1e7倍，为等离子体光放大实际应用奠定基础。
2026-09-03 physics.plasm-ph
Backward Raman Amplification in the Long-wavelength Infrared
等离子体中后向拉曼放大的大量工作集中在极端强度极限上，然而后向拉曼放大也可以提供用于产生强、宽带宽、长波长红外辐射（LWIR）的有效且实用的机制。结合相对论冷流体等离子体模型的电磁模拟被用来演示通过后向拉曼放大产生具有太瓦功率的10微米波长的皮秒脉冲。碰撞阻尼，朗道阻尼，泵浦损耗，和波破碎的影响进行检查，以及由此产生的长波红外拉曼放大器的设计考虑。
2017-01-31 physics.optics physics.plasm-ph
Generation of high power spatially-structured laser pulses via forward Raman amplification in plasma
本研究提出基于等离子体前向拉曼放大（FRA）的通用方案，通过理论建模与粒子模拟证明可将近红外结构种子激光放大1e4~1e5倍并自压缩至拍瓦级亚周期脉冲，为高场物理提供紧凑、高功率结构光产生途径。
2025-06-27 physics.optics physics.plasm-ph
Optical phase conjugation in backward Raman amplification
在等离子体中利用后向拉曼放大（BRA）压缩强激光脉冲，然后真空聚焦到小光斑尺寸，可以产生前所未有的超相对论激光强度。然而，BRA过程中的等离子体密度不均匀性，导致激光相位和振幅失真，限制了脉冲的可聚焦性。为了解决畸变的问题，我们研究了使用光学相位共轭作为种子脉冲的BRA。结果表明，相位共轭激光脉冲在BRA的非线性抽运耗尽区可以保持聚焦性，而在线性放大区则不易。这个有点违反直觉的结果是因为非线性泵浦耗尽机制的特征在于比线性放大机制更短的放大距离，因此由于波-波相互作用而导致的相位失真更少。
2020-05-08 physics.optics physics.plasm-ph
Synchronized Catastrophic Collapse and Extreme Intensity Amplification of Ultra-Intense Pulses in Near-Resonance Magnetized Plasma
该研究通过调整接近回旋共振的外部磁场，实现了超高强度脉冲在近共振磁化等离子体中的同步灾难性坍缩与极端强度放大。
2025-12-27 physics.plasm-ph
Self-compression of stimulated Raman backscattering by flying focus
提出了一种用于等离子体后向拉曼放大（BRA）的飞焦自压缩机制。利用泵浦焦点以与受激喇曼背向散射（SRBS）群速度相等的速度移动，只能放大与飞焦始终同步的一小部分SRBS。由于非对称放大，脉冲可以直接在BRA的线性级压缩。因此，代替短脉冲，拉曼自发或长脉冲可以播种BRA放大器。该机制得到了无种子的2D粒子模拟的支持，泵浦脉冲从26ps压缩到116fs，输出幅度与良好同步的短种子的情况相当。该方法为简化拉曼放大器和克服泵浦源与种子源之间的同步抖动问题提供了一种有效的方法。
2021-03-05 physics.plasm-ph
Short-Pulse Amplification by Strongly-Coupled Stimulated Brillouin Scattering
我们研究了强耦合受激布里渊散射作为等离子体放大亚皮秒脉冲的机制的可行性。特别是，我们使用流体理论和粒子在细胞模拟比较拉曼和布里渊放大的相对优势，在广泛的可实现的参数。
2016-09-07 physics.plasm-ph
THz amplification via a Raman scattering
基于太赫兹光与可见光激光的拉曼相互作用，提出了一种太赫兹光放大器及其实现方法。两束激光的频率相差一个朗缪尔波，在背景等离子体中反向传播，激发出一个相当强的朗缪尔波。太赫兹光放大是通过太赫兹光和其中一个激光器之间的非共振拉曼散射在存在上述朗缪尔波的情况下发生的。通常情况下，非共振散射并不交换电磁场之间的能量，但作者证明了在预激发朗缪尔波的情况下，非共振散射是可能的。在存在预先存在的朗缪尔波的情况下，太赫兹光和可见光激光之间的有质动力密度扰动被诱导为具有适于将能量从可见光激光转移到太赫兹光的相位。实现有利相位的条件和当满足该条件时的放大强度被估计为数学公式。增益高达或甚至高于每厘米100。
2020-03-25 physics.optics physics.plasm-ph
Convective Raman Amplification of Light Pulses Causing Kinetic Inflation in Inertial Fusion Plasmas
我们使用OSIRIS进行了一维粒子模拟，模拟了在远低于绝对不稳定性阈值的恒定反向传播泵浦激光存在下的短持续时间（~500/ω0 FWHM）散射光种子脉冲。种子进行线性对流拉曼放大，并主导由于粒子离散的波动。当我们考虑到狭义相对论和使用有限尺寸的PIC模拟粒子时，我们的模拟结果与耦合模求解器的结果吻合得很好。我们提出了包括这两种效果的线性增益谱。当种子退出模拟域时，将PIC模拟扩展到过去揭示了在许多情况下大幅度散射的突发，这在没有种子脉冲的模拟中不会发生。这些突发的振幅可以比放大的种子脉冲大几倍，我们证明了这种大振幅散射是通过检查被困粒子轨道的动力学膨胀的结果。这种大幅度散射是由种子在模拟中较早修改分布函数引起的。我们进行了一些模拟与较长的持续时间的种子，这导致部分种子进行动力学膨胀和达到的振幅比稳态线性理论的结果的几倍。连续种子的模拟表明，通货膨胀的发病取决于种子波长和入射强度，我们观察到的反射率振荡的频率等于种子频率和频率之间的差异，在该频率的通货膨胀SRS增长。
2012-11-27 physics.plasm-ph
Focusability in the multi-pump Raman amplification of short laser pulses
空间组合多个强激光束是一个很有前途的概念，以实现激光强度。已在国家点火装置进行了原理验证实验，以报告具有高能量转换效率的多达20个脉冲的组合。然而，组合过程可能由于种子和泵浦波前的失配而损害种子可聚焦性。在这里，我们研究了有限泵浦光束尺寸对种子脉冲可聚焦性的影响。我们提出了一种方法来保持，甚至提高种子聚焦通过专门安排多个泵浦光束。通过数值求解耦合非线性薛定谔方程，验证了上述结果。
2022-12-17 physics.optics physics.plasm-ph
X-Ray Amplification by Stimulated Brillouin Scattering
利用受激布里渊散射的基于等离子体的参量放大提供了一条途径，使相干X射线脉冲的数量级比最亮的可用光源更强。布里渊放大允许以比拉曼放大更低的泵浦强度放大更短的波长，朗道和碰撞阻尼限制在X射线范围内。分析预测，三波耦合方程的数值解，和粒子在细胞模拟表明，布里渊放大固体密度等离子体将允许压缩电流X射线自由电子激光脉冲的亚飞秒的持续时间和前所未有的强度。
2017-07-23 physics.plasm-ph
Amplification and generation of ultra-intense twisted laser pulses via stimulated Raman scattering
扭曲拉盖尔-高斯激光器具有轨道角动量，其特征是甜甜圈形状的强度分布，在越来越多的领域和应用中提供了一套变革性的工具和研究方向，从超分辨率显微镜和超快速光通信到量子计算和天体物理学。扭曲光的影响正在扩大，因为最近的数值计算通过允许高梯度正电子加速为基于等离子体的加速中的长期挑战提供了解决方案。因此，产生的强扭曲激光脉冲也可能对相对论性激光与物质的相互作用产生广泛的影响。在这里，我们从理论上和从头算三维粒子在细胞中的模拟，受激拉曼背散射可以产生和放大扭曲的激光等离子体中的拍瓦强度。这项工作可能会在非线性光学和高能量密度科学、紧凑型等离子体加速器和光源方面开辟新的研究方向。
2016-03-09 physics.optics physics.plasm-ph
Beyond nonlinear saturation of backward Raman amplifiers
后向拉曼放大受到相对论非线性退相的限制，导致放大脉冲的前导尖峰的饱和。泵浦失谐被用来减轻相对论相位失配并克服相关的饱和。然后，放大的脉冲可以被整形为单尖峰脉冲，其具有在其之前的小的伪功率，其中最大强度增加两倍。在群速度色散不重要和色散重要但很小的情况下，都可以有利地采用这种失谐。
2016-01-21 physics.plasm-ph
Laser Amplification in Strongly-Magnetized Plasma
本文研究了强磁化等离子体中激光脉冲在动磁流体力学波作用下的后向散射。当外部磁场既不垂直也不平行于激光传播方向时可能发生的磁化低频散射提供了比拉曼散射更高的不稳定性增长率和与布里渊散射相当的频率下移。除了允许更小等离子体的高增长率和允许宽范围泵浦源的0.1- 2%频率下移之外，MLF散射是放大的理想候选者，因为该过程支持极大的带宽，粒子模拟显示产生超短持续时间。在某些条件下，MLF散射也成为主要的自发反向散射不稳定性，这对磁化激光约束实验产生了影响。
2018-12-22 physics.plasm-ph
Stimulated Raman backscattering of laser radiation in deep plasma channels
强激光辐射在单模等离子体通道中的受激喇曼背向散射（RBS）具有共振驱动电子等离子体波（EPW）的强横向局域化特征，通道中等离子体频率的径向变化大于等离子体RBS带宽。EPW局部化降低了RBS的峰值增长率，增加了放大带宽。后向散射辐射的非束缚模式的连续体收缩了通道中的横向场分布，并增加了RBS增长率。初始值问题的求解表明，在单模深等离子体通道中被RBS放大的电磁脉冲的群速度高于均匀等离子体拉曼放大的情况。讨论了等离子体通道中RBS脉冲压缩器设计的意义。
2004-05-21 physics.optics physics.plasm-ph
Dispersive Properties of Plasma Diffraction Gratings: Towards Plasma-Based Laser Pulse Compression
Stanford University（斯坦福大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
研究通过实验测量等离子体传输光栅的角色散、角带宽和衍射角，证实其色散和衍射特性与光学理论一致，为等离子体光栅压缩器设计提供可能方案，指向皮瓦至艾瓦峰值功率紧凑激光器的发展路径。
2026-04-29 physics.optics physics.plasm-ph
Laser Amplification in $e^{-}$-$μ^{-}$-ion Plasmas
本研究针对$e^{-}$-$μ^{-}$-离子等离子体中的激光放大展开，发现兼具离子声与类朗缪尔特性的μ波，通过PIC模拟验证其可实现高效激光放大，且波形保持性与抗不稳定性优于传统方案，模型可推广至多负电粒子等离子体系统。
2025-10-06 physics.plasm-ph
Backward Raman compression of x-rays in metals and warm dense matters
实验观测到的金属和稠密等离子体中长波朗缪尔波的衰减速率比流行的朗道阻尼理论的预测大几个数量级。探索的差异，并存在一个制度，其中前向拉曼散射是稳定的，后向拉曼散射是不稳定的检查。在这个制度中的X射线脉冲的放大，通过后向拉曼压缩，计算证明，和最佳的脉冲宽度和强度估计。
2010-04-26 physics.optics physics.plasm-ph
Joule-level high effiency energy transfer to sub-picosecond laser pulses by a plasma-based amplifier
激光等离子体放大的亚皮秒脉冲以上的焦耳级的演示，一个重要的里程碑，该计划成为下一代超高强度激光器的解决方案。通过探索超过6个数量级的入射种子强度对布里渊激光放大的影响，我们揭示了最小强度的重要性，以确保自相似制度的早期发生，以及具有非常高的效率，高达20%的大能量转移。在高放大率下，发现种子通过自发后向拉曼的能量损失的证据。进行了亚皮秒放大的第一个三维包络模拟，并辅以一维PIC模拟。与实验结果的比较表明，定量预测的转移能量的能力。再现扩增过程的全局行为，包括扩增种子的空间分布的演变。
2018-12-21 physics.plasm-ph
THz light amplification by an visible light laser in the presence of the plasma density gradient
通过太赫兹光与可见光激光之间的非共振拉曼散射，提出了一种新的太赫兹光放大机制。非共振散射通常不进行能量交换，但等离子体密度梯度的存在为可见光通过激光-等离子体相互作用将能量转换为太赫兹光创造了条件。对于THz光（远红外光）放大，单位长度增益可达100（1000）/cm。
2020-03-07 physics.bio-ph physics.optics physics.plasm-ph
Multi-frequency Raman amplifiers
在其通常的实施方式中，拉曼放大器仅具有一个泵浦载波频率。然而，具有良好分离频率的脉冲也可以在时间上压缩的同时被拉曼放大。与频率分离的泵的放大被证明，即使在高度非线性，泵耗尽制度，通过流体模型推导，并通过粒子在细胞（PIC）模拟证明。所得到的效率类似于单频放大器，但是，由于泵浦激光器和放大的种子脉冲两者的拍波波形，这些放大器的特征在于具有较短尖峰持续时间的较高种子强度。有利地，这些放大器还遭受较少的噪声反向散射，因为总通量在不同的光谱分量之间被分割。
2018-02-24 physics.optics physics.plasm-ph
Plasma-Based Generation and Control of a Single Few-Cycle High-Energy Ultrahigh-Intensity Laser Pulse
已知激光增强的相对论固体密度抛物面箔有效地反射和聚焦反向传播的激光脉冲。在这里，我们表明，在超相对论的反向传播脉冲的情况下，高能量和高强度的反射脉冲可以更有效地产生一个相对缓慢和沉重的箔比快速和轻的。这一违反直觉的结果可以用重箔的较大反射率来解释，因为重箔的反射率可以补偿其较低的相对论多普勒因子。此外，由于反向传播脉冲是超相对论的，箔突然分散，只有反向传播脉冲的前几个周期被反射。我们的多维粒子模拟表明，即使是几个周期的反向传播的激光脉冲可以进一步缩短（时间和激光周期数）与脉冲放大。利用下一代高功率激光系统，已经可以产生能量为几焦耳、峰值强度超过10^23 W/cm ^2的几个周期、多拍瓦的激光脉冲。此外，只要控制初始反向传播脉冲的载波包络相位，就可以调谐所产生的几个周期脉冲的载波包络相位。
2014-07-11 physics.plasm-ph
Amplification of mid-infrared lasers via magnetized-plasma coupling
等离子体可以用作放大强激光的增益介质，并且可以施加外部磁场以改善性能。对于中红外激光器，所需的磁场是兆高斯级的，这已经可以由当前的技术提供。设计激光放大器需要知道磁化三波耦合系数。通过数值计算其公式，我们演示了如何耦合依赖于波的传播角度，激光偏振，磁场强度，等离子体温度，等离子体密度的背散射几何形状。由于调解现在是由磁化等离子体波提供，耦合可以显着不同于非磁化拉曼和布里渊散射。
2019-04-11 physics.app-ph physics.optics physics.plasm-ph
Exawatt-Zettawatt Pulse Generation and Applications
提出了一种将啁啾脉冲放大（CPA）、光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）和等离子体后向拉曼放大压缩（BRA）三种基本压缩技术有机结合的放大方法。它被称为C3级联转换压缩。它能够以良好的效率将千焦到兆焦的纳秒激光脉冲压缩成飞秒脉冲，以产生艾瓦和超过峰值的功率。在未来，C3可以用于大型设施，如国家点火设施（NIF）或激光兆焦耳（LMJ），并开辟了zettawatt级脉冲的道路。光束将聚焦到具有f#1的波长光斑尺寸。非常小的光束尺寸，即几厘米，以及低激光重复率激光系统将使廉价，精密，一次性光学器件的使用成为可能。由此产生的强度将接近施温格值，从而为基础物理学开辟了新的可能性。
2011-08-10 physics.optics physics.plasm-ph
Efficient generation of new orbital angular momentum beams by backward and forward stimulated Raman scattering
携带轨道角动量（OAM）的激光束提供了额外的自由度，并且已经发现了从光通信和光学操纵到量子信息的广泛应用。超强OAM光束的有效产生和操作是一个必须满足的巨大挑战，目前限制了超强OAM光束在高能量密度物理研究中的潜在应用。在这里，我们第一次从理论上和数值上证明了一个新的OAM状态的泵浦光产生的种子脉冲与OAM朗缪尔波所产生的后向和前向受激拉曼散射机制的耦合。通过在非线性状态下操作，利用了从泵浦到放大种子光束的高能量传递效率，因为这显著减小了放大系统的尺寸，并促进了对用于科学和工业应用的高强度OAM激光束的访问。
2022-01-28 physics.optics physics.plasm-ph
Second Harmonic Generation Through Backward Raman Scattering in Magnetized Plasmas Driven by Circularly Polarized Intense Lasers
Alzahra University（阿尔扎哈拉大学）；University of Tehran（德黑兰大学）
研究通过反向拉曼散射在磁化等离子体中产生二次谐波的非线性级联过程，揭示了激光偏振方向与磁场方向的相对手性对等离子体行为的影响，以及环形共振强度对谐波生成的调控作用。
2026-04-28 physics.comp-ph physics.optics physics.plasm-ph
Seed source for plasma compression in the long wavelength infrared
双色激光脉冲用于形成空气等离子体并产生适合作为CO2激光脉冲后向拉曼放大的种子的宽带红外辐射。在大气窗口观测到8-14微米的宽带辐射。红外辐射的特征在于使用长波长光栅光谱仪，该光谱仪专门设计用于在其输入平面处接收电离激光灯丝。通过啁啾驱动脉冲，大大提高了长波红外的产额。单向脉冲传播模拟表明，这部分是由于非线性折射率对脉冲持续时间的依赖性。
2020-09-28 physics.optics physics.plasm-ph
