Two surface plasmon decay of plasma oscillations
超强激光与固体箔的相互作用可用于将离子加速到远超过60 MeV的高能量。电子在强激光辐射中的非线性相对论运动导致它们的加速，随后导致离子的加速。离子可以从前表面、箔内部区域和箔后表面加速（TNSA，最广泛使用的），或者如果箔足够薄，则可以作为整体加速（RPA）。在这里，我们专注于最广泛使用的激光离子加速TNSA的机制。从完全平坦的箔，我们通过模拟显示如何在固体或内部的电子衍射导致在离子的空间调制。精确的动力学非常敏感地依赖于所选择的初始参数，这对电子动力学有着巨大的影响。在阶梯状密度梯度的情况下，我们发现的证据表明，两个表面等离子体激元衰减等离子体振荡触发Raileigh-Taylor不稳定性。
2015-03-20 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
Coherent Transition Radiation from Relativistic Beam-Foil Interaction in the Terahertz and Optical Range
利用二维粒子模拟方法研究了相对论电子束与过密等离子体箔相互作用产生的相干渡越辐射。定义明确的单电子束均匀的轮廓或具有子结构被认为是各种束等离子体参数。其主要目的是模拟复杂的光束等离子体条件，经常发现，例如，在强烈的激光等离子体相互作用。CTR的时间，角度和光谱分布的关键属性进行了识别。几个饱和效应，由于光束能量，尺寸和箔密度被发现的CTR能量，和不同的光谱成分，如在太赫兹（THz）和光学范围的依赖性不同。详细的子结构的光束也影响很大的辐射产生，导致独特的高次谐波分量。探索了电子的动能从亚MeV到几十GeV。对于少数MeV的电子束，箔等离子体对束动力学和相关CTR生成的影响，类似于从强烈的激光-等离子体相互作用中产生的热电子的CTR。这些结果可能会发现重要的应用在光束诊断无论是在激光等离子体加速或传统的加速器。它们也可以用来设计使用可调谐电子束的新型THz辐射源。
2019-02-13 physics.plasm-ph
Magnetic field generation from a coil-shaped foil by a laser-triggered hot-electron current
飞秒相对论强激光脉冲在箔线圈靶中激发强电子流，产生螺线管型极强磁场。磁场寿命充分地超过激光脉冲持续时间，并且主要由目标特性限定。采用三维粒子模拟方法研究了磁场的产生过程。它表明，脉冲和目标参数允许控制场强度和持续时间。所研究的方案对激光磁化技术具有重要意义。
2019-04-18 physics.plasm-ph
A simple model for cavity-enhanced laser-driven ion acceleration from thin foil targets
考虑了高激光强度下薄固体靶的激光驱动离子加速增强的情况，其中靶封闭在反射腔中。从目标反射的激光脉冲通过在内腔壁处的反射而朝向目标重定向。这种情况下，讨论了在辐射压力制度的亚波长箔加速的上下文中，当等离子体动力学是已知的光帆模型是合理的描述。提出了一个半解析公式，描述了腔反射在一维几何形状的影响。腔反射对亚波长箔加速的影响，然后评估皮秒和飞秒持续时间的超强激光脉冲的两个具体例子。
2013-08-07 physics.plasm-ph
Gamma-Ray Flash Generation in Irradiating Thin Foil Target by Single Cycle Tightly Focused Extreme Power Laser Pulse
我们提出了一个制度，其中超强激光脉冲与箔靶相互作用的结果在高$γ$ -光子转换效率，通过三维量子电动力学粒子在细胞模拟。在紧聚焦条件下使用单周期激光脉冲以获得$\mathrmλ^3$状态。模拟采用径向偏振激光，因为与方位角偏振和线性偏振相比，径向偏振激光导致更高的$γ$ -光子转换效率。激光能量的很大一部分被转移到正电子，而一部分电磁波作为阿秒单周期脉冲逃离目标。
2021-03-05 physics.plasm-ph
Scaling Laws of Ion Acceleration in Ultrathin Foils Driven by Laser Radiation Pressure
通过理论分析和二维粒子模拟，研究了强激光脉冲辐射压力驱动下超薄薄膜中离子加速的标度律。考虑到激光等离子体相互作用过程中不可避免的不稳定性，离子的最大能量应该有两个贡献：辐射压力驱动的体加速和热电子在运动箔参考中引起的鞘层加速。提出了一个理论模型，定量解释了在大范围的激光和靶参数下，模拟和实验观察到的截止能量和能量扩展大于“光帆”模型预测的结果。由该模型推导出的标度律得到了实验的验证，并得到了模拟结果的支持。
2018-09-17 physics.plasm-ph
Theory of Light Sail Acceleration by Intense Lasers: an Overview
本文简要介绍了超强激光辐射压力驱动的薄箔加速理论。给出了强度在$5 \times 10^{20} \mbox{W cm}^{-2}$附近的辐射压优势的一个简单判据，并讨论了在相对论区域快速获得能量的可能性。
2014-03-25 physics.plasm-ph
Electrostatic field acceleration of laser-driven ion bunch by using double layer thin foils
采用二维粒子模拟方法研究了强线偏振激光脉冲作用下双层薄箔靶产生和加速单能离子束团的过程。靶前层的低Z离子被激光驱动的超热电子加速并穿透高Z离子层，形成准单能离子束，该束将继续被不动的高Z离子和超热电子形成的准稳定静电鞘场加速。这一机制为在束流产生实验中不需要超高对比度和高梯度激光脉冲而产生单能离子束提供了可能性，模拟结果证实了这一点。
2012-01-16 physics.plasm-ph
Accelerating Protons to Therapeutic Energies with Ultra-Intense Ultra-Clean and Ultra-Short Laser Pulses
本文讨论了强激光脉冲从用于强子治疗的超薄薄膜中加速质子的问题。随着在密歇根大学的Hercules激光器上实现的激光强度对比度提高到10-11，可以在高达1022 W/cm 2的强度下实现激光-固体相互作用，这允许从亚微米箔进行激光驱动离子加速的有效机制。定向库仑爆炸区超薄双层质子加速的PIC模拟不同厚度的（重离子/轻离子）箔在预期的实验条件下进行，用于Hercules激光器，脉冲能量从3到15 J，脉冲半高宽（FWHM）为30 fs，聚焦到0.8微米（FWHM）的光斑尺寸。在这种情况下，重离子主要在激光脉冲传播的方向上扩展，增强了加速轻离子的纵向电荷分离电场。已发现的最大质子能量的依赖性上的箔的厚度和激光脉冲特性已与目标的厚度相匹配，以确保最有效的加速。此外，质子光谱在高能量下显示出峰值结构，这是放射治疗所需的。2D PIC模拟表明，150-500 TW的激光脉冲能够将质子加速到100-220 MeV的能量。
2008-05-13 physics.med-ph physics.plasm-ph
Theory of laser ion acceleration from a foil target of nanometers
提出了一种激光加速离子的理论，用以计算高反差强激光与纳米薄膜相互作用中离子的最大能量。在这种情况下，离子的能量可能与激光强度和随后的电子动力学直接相关。这导致一个简单的解析表达式的离子能量增益下的激光照射薄靶。值得注意的是，更高的能量薄的目标比厚的目标预测。理论是具体化的细节，最近的实验可能会找到自己的方式来比较这些结果。
2009-06-26 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
Generation of ultra-short light pulses by a rapidly ionizing thin foil
当足够强的激光脉冲撞击固体靶时，会产生薄而致密的等离子体层。由随时间变化的电子密度引入的非线性导致谐波的产生。谐波辐射的脉冲持续时间与电子密度的上升时间有关，因此可以受到入射脉冲的形状及其峰值场强的影响。结果提出了从数值粒子模拟的强激光脉冲与薄箔靶相互作用。一个分析模型，它显示了如何创建的谐波。该方案可能是产生阿秒脉冲的一种很有前途的方法。PACS编号：52.40.Nk、52.50.Jm、52.65.Rr
1998-04-27 physics.plasm-ph
Ultrasmall divergence of laser-driven ion beams from nanometer thick foils
本文报道了高对比度强激光辐照纳米厚类金刚石薄膜产生质子束发散的实验研究。质子束具有极小的发散角（半角）的2度，此外观察到一个非常良好的准直功能，在整个能量范围内，显示一个数量级的减少相比，从微米厚的目标的结果的发散角。我们表明，这种减少产生于陡峭的纵向电子密度梯度和指数衰减的横向剖面在背面的电子箔。协议被发现在一个分析模型和粒子在细胞模拟。这些新的功能，使纳米箔一个有吸引力的替代高通量实验相关的核和温暖的致密物质物理学的基础研究。
2013-03-11 physics.acc-ph 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
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
Study of x-ray emission enhancement via high contrast femtosecond laser interacting with solid foil
研究了60 fs高对比度倍频钛宝石激光脉冲聚焦于铜箔靶产生的硬X射线发射和K α X射线转换效率。用二次谐波激光脉冲获得的Cu K-α光子发射比用基波激光脉冲获得的Cu K-α光子发射强。铜的K-α转换效率对非线性脉冲形状有很强的依赖性，当脉冲宽度为100 fs时，铜的K-α转换效率达到最大值4 × 10 -4。结果表明，电子能谱整形有助于提高转换效率.粒子模拟表明，高对比度激光脉冲的应用将是一种有效的方法来优化X射线发射，通过增强真空加热机制。
2006-07-11 physics.plasm-ph
Laser Accelerated Ions from a Shock Compressed Gas Foil
我们提出了高能激光离子加速从一个定制的，近固体密度的气体目标的结果。在超强激光脉冲到达靶板之前，碰撞流体动力冲击将纯氢气射流压缩成70 μm厚的靶板。密度扫描揭示了从以广角低能束为特征的区域到具有高能晕的更聚焦的束的过渡。在后一种情况下，三维模拟显示了由激光尾场加速电子产生的轴向电流驱动的Z箍缩的形成。当箍缩消散时，靶后部的离子被加速电子的空间电荷场和库仑排斥的组合加速。
2016-03-14 physics.plasm-ph
Collective Absorption Dynamics and Enhancement in Deformed Targets
强烈的飞秒激光脉冲与薄箔，有一个强加的变形的相互作用进行了比较厚的目标，开发弓冲击。两种靶类型均产生良好的吸收。在$4 \cdot 10^{18} W/cm^2$下，$0.2μm$厚、15倍过密箔的吸收率高达80%。在$10^{18} W/cm^2$下，对于$4 μm$厚、2倍过密厚的靶获得50%的值。对于激光等离子体界面的可比较的延伸和曲率，两个目标中的吸收水平变得相似。在这两个吸收尺度弱强度和密度。然而，薄箔和厚靶中的能量传输是不同的。
1998-08-28 physics.plasm-ph
Stable laser-driven proton beam acceleration from a two-specie ultra-thin foil
通过使用多维粒子模拟，我们提出了一个新的政权的稳定质子束加速时发生的两种形状的箔被照射的圆偏振激光脉冲。据观察，由于电荷质量比的差异，较轻的质子几乎瞬间从较重的碳离子中分离出来。重离子层在空间中广泛膨胀，并起到缓冲质子层的作用，使其不受瑞利-泰勒（RT）不稳定性的影响，否则会降低质子束的加速。一个简单的三界面模型，制定定性地解释了稳定的轻离子加速。由于不存在类RT不稳定性，即使在激光-箔相互作用结束后，所产生的高质量单能质子束团也能很好地保持。
2010-06-24 physics.acc-ph physics.med-ph physics.plasm-ph
Enhanced laser-driven proton acceleration with gas-foil targets
数值研究了飞秒激光脉冲驱动下质子在气膜靶中的加速机制。该靶由一个几十微米的近临界密度氢气层组成，氢气层附着在固体碳箔上，背面有一个污染物薄质子层。二维粒子模拟表明，在最佳的气体密度，污染物质子的最大能量增加了一个因素的$\sim 4$相比，一个单一的箔目标。这种改进源于激光几乎完全吸收到气体中的相对论电子中。几个充满活力的电子种群被确定，并通过计算它们在质子的位置产生的静电场来量化它们各自对质子加速的影响。虽然发现这些电子组中的每一个都对整个加速场有很大贡献，但主要的一个是由气体中激发的非线性尾流场产生的相对论热体积，正如Debayle等人最近分析的那样[New J. Phys. 19，123013（2017）]。我们的分析还揭示了邻近离子在加速最快质子中的重要作用，以及质子层随时间增加的曲率引起的多维效应的发生。
2020-09-15 physics.plasm-ph
High-angle Deflection of the Energetic Electrons by a Voluminous Magnetic Structure in Near-normal Intense Laser-plasma Interactions
相对论强激光加速电子的物理机制并不局限于临界密度面，它也渗透到靶前的亚临界等离子体中。在这里，粒子可以从叠加的激光中获得许多倍的有质动力能量，并且强场可以增长。使用高对比度激光和规定的激光预脉冲的实验表明，发展的预等离子体具有意想不到的强大的影响，最具活力的，超有质动力电子。提出的二维粒子在细胞模拟揭示了如何强大的，体积庞大的磁结构，在前等离子体的影响高能量电子更显着比低能量的更长的脉冲持续时间，以及如何倾斜的目标，以一个适度的入射角的常见做法可以足以启动强偏转。其含义是，多个角度的光谱测量是必要的，以防止误导性的结论，从过去和未来的实验。
2018-10-04 physics.plasm-ph
Laser-driven vacuum breakdown waves
通过三维量子电动力学--粒子模拟（QED-PIC），证明了真空击穿波以QED级联阵面的形式在极强的平面电磁波中传播。这一结果否定了平面波位形不可能产生自持级联的说法。在模拟过程中，叶栅在光帆状态下的激光-箔片相互作用期间启动。结果，在箔和激光辐射之间形成不断增长的电子-正电子等离子体垫。缓冲等离子体有效地吸收激光能量，并使来自移动箔的辐射发散，从而中断离子加速。文中给出了描述叶栅前缘传播和垫等离子体电动力学的模型，它们的预测与数值模拟的结果定性一致。
2019-06-27 physics.plasm-ph
Target shape effects on monoenergetic GeV proton acceleration
圆偏振激光脉冲与薄膜靶相互作用时，可分为预打孔、打孔和光帆加速三个阶段。我们研究了第一阶段的电子和离子动力学，并找到了给定激光强度的最小箔厚度要求。基于此分析，我们建议使用一个形状的箔离子加速，其厚度横向变化，以匹配激光强度。然后，目标演化为三个区域：加速度区域、透明区域和变形区域。在加速区域中，靶可以被均匀地加速，从而产生单能且空间准直的离子束。详细的数值模拟进行检查该计划的可行性和鲁棒性，如形状因子和表面粗糙度的影响。在三维粒子模拟中，当激光脉冲聚焦强度为1022 W = cm ~ 2时，观察到了GeV单能质子束流。激光脉冲到加速质子束的能量转换效率大于23%。在相互作用中还检查了同步辐射和阻尼效应。
2009-06-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Tracing dynamics of laser-induced fields on ultra-thin foils using complementary imaging with streak deflectometry
我们提出了一个详细的研究电场和磁场，这是创建的等离子体真空界面作为一个结果，高度强烈的激光物质相互作用。为了产生电场，用具有超高对比度的高强度飞秒和皮秒激光脉冲照射超薄聚合物箔。为了确定这些领域的时间演变和空间分布的质子条纹偏折术方法已被进一步发展，并应用于两种不同的成像配置。它使我们能够收集有关所研究的场结构的补充信息，特别是关于不同场分量（平行和垂直于目标表面）的影响以及移动离子前沿的影响。应用的超高激光对比度显著提高了实验的再现性，并提高了成像方法的准确性。为了解释实验观测，这是通过施加超短激光脉冲，两个不同的分析模型进行了详细的研究。他们的能力，重现条纹偏转测量的三维粒子模拟的基础上进行了测试。两种模型的修改和组合允许在两种成像配置中广泛和准确地再现实验结果。激光脉冲持续时间从50飞秒到2.7皮秒的受控变化导致作用在聚合物箔后侧的探测质子束上的主导力的转变。所应用的质子偏转法允许在超薄箔的后侧明确地确定磁场极性。
2016-03-14 physics.plasm-ph
Energy partitioning and electron momentum distributions in intense laser-solid interactions
通过强激光脉冲作用于固体目标产生向内取向的高能电子流是将激光能量转移到粒子的最强大和最容易获得的方法，这是从TNSA到实验室天体物理学的众多应用的基础。具有激光波长尺度的结构可以显著增强能量吸收，这在最近的研究中一直是关注的中心。在这篇文章中，我们证明和评估的结构，扩大所产生的高能电子的角分布的效果。我们分析了PIC模拟的结果，并揭示了几个方面，可以是重要的相关应用。
2017-04-03 physics.plasm-ph
Laser acceleration of a thin, inflated layer of heavy material by the radiation pressure applied to a self-generated, imperfect plasma mirror
本文研究了通过辐射压力加到自生的、不完美的等离子体镜（光子吸收概率η有限）上来加速超薄箔以产生高能（多GeV）重离子束。为了评估箔动力学，针对现象学参数η的恒定和相对论不变值，开发了相对论模型。作为所涉及的参数（η、以光速β为单位的目标平均翼速度等）的函数，评估了向物质传递动能的可实现效率。对于初始薄材料圆盘，计算了所产生离子束的期望准直度、相关能量范围、模型在η有限值下的自洽性以及对R-T不稳定性的存活率。
2010-05-25 physics.plasm-ph
Giant isolated attosecond pulses from two-color laser plasma interactions
一个新的制度中的相互作用的双色（$ω$，$2ω$）激光与纳米尺度的箔被确定，导致非常强烈的，孤立的阿秒脉冲的发射-即使在多周期激光的情况下。对于由超过吹出场强度（即，能够将电子与离子背景完全分离）的激光照射的箔，二次谐波场的添加导致箔的稳定达到吹出强度。然后，在一个单一的光学周期中，会发生一个急剧的透明转变。在跃迁周期中，密集的纳米级电子束团被加速到相对论速度，并发射出峰值强度接近激光场的单个强阿秒脉冲。
2020-01-17 physics.optics physics.plasm-ph
Phase-stable limited relativistic acceleration or unlimited relativistic acceleration in the laser-thin-foil interactions
为了阐明相稳定加速度（PSA）和无限相对论加速度（URA）之间的关系（物理评论快报）。104，135003（2010）），基于流体动力学方程，提出了超强激光与纳米箔相互作用的分析相对论模型。离子动量对时间的依赖性与以前的结果是一致的，并通过PIC模拟检查。根据初始离子动量的不同，相对论RPA包含两个加速过程：相位稳定的有限相对论加速（PS-LRA）和URA。在PS-LRA中，电势是捕获离子的深阱。离子前沿，即，底部，将其分为两部分：左半区为PSA区，右半区为PSD区，在PSD区中，离子爬升并减速返回。在PS-LRA中，最大离子能量是有限的。如果初始离子动量足够大，离子将经历一个势下坡，坠入无底深渊，这就是所谓的类锁相位置。URA不再是相稳定的。在类锁相位置，离子可以获得无限的能量增益，离子密度不为零。你不能同时拥有PSA和URA。
2011-03-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Ultrafast proton radiography of the magnetic fields generated by a laser-driven coil current
Princeton Plasma Physics Laboratory, Princeton University（普林斯顿等离子体物理实验室，普林斯顿大学）；Department of Astrophysical Sciences, Princeton University（普林斯顿大学天体科学系）；Nuclear Engineering and Radiological Sciences (NERS), University of Michigan（密歇根大学核工程与放射科学系）；Laboratory for Laser Energetics, University of Rochester（罗切斯特大学激光能量学实验室）；General Atomics（通用原子能公司）
该研究用超快质子成像测量由激光驱动的U形线圈电流产生的磁场，通过特定激光脉冲作用产生电流，实验测得激光照射后约3-4纳秒线圈中心处磁场约40-50特斯拉，为高能量密度科学的靶设计提供见解。
2026-07-09 physics.plasm-ph
Intense isolated few-cycle attosecond XUV pulses from overdense plasmas driven by tailored laser pulses
利用粒子模拟技术，提出了一种产生高强度孤立的阿秒数周期XUV脉冲的方法。当具有锐边的剪裁激光脉冲照射箔靶时，可以激发出强的横向净电流，从靶背面发射出几个周期的XUV脉冲。孤立脉冲在时域中是超短的，持续时间为几百阿秒。与其他高次谐波XUV源相比，它在光谱域中的带宽也很窄。它的大部分能量被限制在等离子体频率附近，并且在等离子体频率以下没有低次谐波。实验还表明，可以产生峰值场强达$ 8\times 10^{12} $ V $\mathrm{m}^{-1}$的XUV脉冲。不需要脉冲选择和光谱过滤，这种强烈的几个周期的XUV脉冲更适合于许多应用。
2014-06-12 physics.plasm-ph
Ion acceleration from micrometric targets immersed in an intense laser field
实验研究了强激光照射微米尺寸条形靶加速质子，仅用120 mJ能量即获超6 MeV质子，3D模拟揭示其机制并验证级联加速与光学调控能谱的可行性。
2025-05-31 physics.plasm-ph
Giant half-cycle attosecond pulses
半周期皮秒脉冲已经从薄的光电导体中产生，当在表面上施加电场并通过短激光脉冲接通传导时。然后，晶片平面中的横向电流沿法线方向发射半周期脉冲，并且已经观察到持续时间为500 fs和峰值电场为1 e6 V/m的脉冲。在这里，我们表明，单半周期脉冲的持续时间为50和高达1 e13 V/m时，可以产生强烈的几个周期的激光脉冲照射双箔靶。聚焦到超薄箔上，所有电子都被吹出，形成一个均匀的相对论电子片。第二层，放置在后面一定距离处，反射驱动光束，但让电子直接通过。在斜入射下，束反射提供横向电流，其发射强烈的半周期脉冲。这样的脉冲甚至可以把更重的原子完全淹没。新型的阿秒泵浦探测实验将成为可能。
2011-11-10 physics.optics physics.plasm-ph
Deflection of a reflected intense circularly polarized light beam induced by asymmetric radiation pressure
从理论上揭示了一种新的偏转效应的强激光束的自旋角动量的分析模型使用的辐射压力和动量平衡的激光等离子体相互作用在相对论制度，作为一个偏离的反射定律。当强度为$I_0\sim10^{19}$ W/cm $^2$、持续时间约为几十飞秒的非线性偏振激光斜入射并被过密等离子体靶反射时，反射光束以高达几毫弧度的偏转角偏转出入射平面。这种效应源于激光光子的自旋角动量引起的非对称辐射压力。从理论上推导了高斯型激光器的偏转角与激光脉冲参数和等离子体膜参数的关系，并通过对不同强度和脉宽的圆偏振激光束的三维粒子模拟得到了证实。
2019-11-21 physics.plasm-ph
New class of self-similar solutions for vacuum plasma expansion admitting mono-energetic ion spectra
我们报告一类新的自相似解决方案等离子体膨胀到真空中，允许准单能离子光谱。一个简单的分析模型考虑到外部控制的热电子随时间变化的温度。当激光的时间轮廓被适当地定制时，等离子体的准中性自相似膨胀导致在相空间中的离子浓度以特定的速度，从而产生准单能谱。我们证明了这一分析预测使用一维粒子在细胞（PIC）模拟的时间依赖性的等离子体温度是由两个激光脉冲在一个合适的时间延迟拍摄在箔控制。
2007-11-26 physics.acc-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
Ion acceleration in multispecies targets driven by intense laser radiation pressure
用250太瓦、亚皮秒的激光脉冲，聚焦在靶上，强度达到$3\times10^{20} \Wcm2$，研究了离子从超薄薄膜上的加速。离子谱显示质子和碳的窄带特征的出现在更高的能量（在5-10 MeV/核子范围内）和显着更高的通量比以前报道的峰值。光谱特征，以及它们与激光和目标参数的缩放，提供了光帆模式中辐射压力加速的多物种场景的证据，正如分析估计和二维粒子模拟所证实的那样。缩放表明，单能峰超过100兆电子伏/核子能量是可获得的目标和激光特性，这是在不断的技术发展范围内的适度改进。
2012-07-18 physics.plasm-ph
Direction and divergence control of laser-driven energetic proton beam using a disk-solenoid target
提出了一种控制强激光脉冲驱动高能质子束方向的方案。模拟结果表明，一个精确的定向和准直质子束可以产生由亚皮秒激光脉冲与靶相互作用的固体密度薄盘箔与螺线管线圈连接到其背面在所需的角度。结果发现，两个部分重叠的鞘场诱导。因此，加速质子的方向平行于螺线管的轴线，并且它们的扩散角也被重叠的鞘场减小。因此，可以通过操纵螺线管参数来控制质子性质。这种高度定向和准直的高能质子在高能量密度以及医学科学中是有用的。
2018-12-28 physics.plasm-ph
High-quality proton bunch from laser interaction with a gas-filled cone target
采用二维粒子模拟方法研究了强短脉冲圆偏振激光与充气锥靶相互作用产生高能质子束团的过程。GCT靶由填充有近临界气体等离子体的中空圆锥体和附着在圆锥体尖端的薄箔组成。研究结果表明，激光脉冲在气体-等离子体中传输时，非线性聚焦将导致激光脉冲强度的增强。结果表明，在自聚焦激光脉冲的作用下，气体等离子体中产生了大量的高能电子。然后，高能电子通过箔传输，形成比简单平面靶产生的更强的背侧鞘场。用强度为$2.6\times10^{20}W/cm^2$的CP激光脉冲辐照该GCT靶，产生了最大能量为181 MeV的准单能质子束，其能量是简单平面靶（67 MeV）的近3倍。
2011-06-20 physics.plasm-ph
Ensemble of ultra-high intensity attosecond pulses from laser-plasma interaction
研究了强X射线和$γ$辐射的有效产生。该方案基于相对论镜像概念，{ \it，即}，飞行的薄等离子体板与反向传播的激光脉冲相互作用，以具有上移频率的强超短电磁脉冲的形式反射激光脉冲的一部分。在所提出的方案中，一系列的相对论性反射镜产生在相互作用的强激光与薄箔靶作为脉冲撕裂和加速薄电子层。反向传播的脉冲被这些飞行层以超短脉冲的集合的形式反射，由于来自飞行层的动量转移，导致反射辐射的显著能量增益。
2009-12-07 physics.plasm-ph
Interaction of relativistically intense laser pulses with long-scale near critical plasmas for optimization of laser based sources of MeV elec-trons and gamma-rays
实验研究了亚皮秒强激光脉冲在近临界电子密度（NCD）的亚毫米长等离子体中对电子的加速。使用300-500 μ m厚的低密度泡沫层作为目标。NCD等离子体的产生机制的超声波电离时，一个定义明确的单独的ns脉冲发送到泡沫靶的相对论主脉冲。相对论性激光脉冲沟道效应和将电子保持在沟道中的准静态方位磁场和径向电场的产生确保了激光能量有效地耦合到高能电子中。与在ns激光脉冲与固体箔的相互作用中产生的自由膨胀等离子体的情况相比，应用亚毫米厚的低密度泡沫层提供了NCD等离子体中的电子加速路径的大幅增加。通过100 J、750 fs、强度为（2-5）× 1019 W/cm 2的短激光脉冲对电子进行加热的实验表明，超热电子的有效温度从1.5-2 MeV（在相对论激光与金属箔相互作用的情况下，在高激光对比度下）增加到13 MeV（对于激光照射到预电离泡沫上）。观测到的平均电子能量和超相对论性激光加速电子数量的强烈增加趋势得到加强的γ-产率测量的结果表明，测量剂量增加了1000倍。该实验得到了3D-PIC和FLUKA模拟的支持，所使用的激光参数和实验装置的几何形状。测量和模拟都显示了接近激光脉冲传播方向的加速过程的高方向性。E > 30 MeV的超有质动力电子的电荷达到78 nC的高值。
2018-11-03 physics.plasm-ph
Generation of high-energy monoenergetic heavy ion beams by radiation pressure acceleration of ultra-intense laser pulses
通过自洽地考虑电离动力学，提出了一种新的重离子束在激光辐照靶箔时的辐射压加速（RPA）机制。在这种情况下，当高Z原子通过惰性气体构型连续电离时[例如将电子从类氦电荷态$(\text{Z}-2)^+$移到$(\text{Z}-1)^+$ ]，需要激光强度与大的电离能隙匹配。当激光翼区域的靶离子电离到低电荷态并由于不稳定性而经历快速色散时，在激光轴附近实现了高电荷重离子束的自组织、稳定RPA。研究还发现，电离产生的大量电子补充有助于保持稳定的加速度。二维粒子模拟结果表明，在强度为$7\times10^{20}\ \text{W}/\text{cm}^2$的激光作用下，可以得到峰值能量为$1\ \text{GeV}$，能量扩展为$5\%$的单能$\text{Al}^{13+}$光束.
2014-03-26 physics.plasm-ph
Nonlinear resonant interactions of radiation belt electrons with intense whistler-mode waves
本文概述了地球外辐射带高能电子与强烈哨声模波非线性共振相互作用的理论现状，并探讨了将其纳入全球辐射带模拟的多种方法。
2024-10-09 physics.plasm-ph physics.space-ph
Vacuum laser acceleration of super-ponderomotive electrons using relativistic transparency injection
强激光可以在短距离内将电子加速到非常高的能量。这种紧凑型加速器有几个潜在的应用，包括快速点火，高能物理和射线照相。在激光加速电子的各种方案中，真空激光加速电子具有超高的加速梯度和非常简单的优点。然而它的实现一直很困难，因为将自由电子注入快速振荡的激光场中并不是小事。在这里，我们证明了自由电子注入和随后的真空激光加速电子高达20兆电子伏使用相对论透明效应。当高对比度强激光驱动薄固体箔时，来自致密不透明等离子体的电子首先被固体箔前面的激光驻波加速到近光速，随后随着不透明等离子体变得相对论透明而注入透射激光场中。可以通过操纵激光偏振、入射角和时间脉冲成形来进一步优化电子注入/加速。我们的研究结果也揭示了基本的相对论透明过程，对于产生次级粒子和光源至关重要。
2021-10-26 physics.acc-ph physics.plasm-ph
On the generation of attosecond gigawatt soft X-ray pulses through coherent Thomson backscattering
本文研究双层相干汤姆逊背向散射中电子层膨胀与压缩机制，通过多维PIC模拟证明可在数百TW激光装置上稳定产生数十阿秒、数GW软X射线。
2023-12-06 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Buffered spectrally-peaked proton beams in the relativistic-transparency regime
用光谱分辨的全束流剖面测量了强激光（$> 10^{19 }$ Wcm $^{-2}$）与氘代甲烷薄膜的相互作用过程，观测到了谱峰质子束（$E_{p}\approx 8$ MeV，$ΔE\approx 4$ MeV）。对于箔厚度（5-100 nm）可再现地产生这些光束，并且随着靶厚度减小至$\approx 8^\circ$（5 nm），这些光束表现出变窄的发散度。模拟结果表明，窄的能量分布特征是质子缓冲加速的结果。由于它们较高的荷质比，质子在相对论透明度范围内超过了碳等离子体。
2014-06-13 physics.plasm-ph
Increased efficiency of ion acceleration by using femtosecond laser pulses at higher harmonic frequency
采用二维粒子模拟方法研究了激光频率对激光驱动离子加速的影响。当高次谐波频率的超短强激光脉冲照射薄固体箔时，与基波激光频率下的照射相比，对于显著较低的激光脉冲强度，靶可以变得相对论透明。相对论诱导透明的结果在增强加热的热电子，以及增加的最大能量的加速离子和它们的数量。我们的模拟结果表明，增加的最大质子能量和高能量质子的数量的一个因素2的最大强度的超短激光脉冲$7 \times 10^{21}~\rm{W/cm^2}$与完全电离的塑料箔的现实密度和最佳厚度之间的$100~\rm{nm}$和$200~\rm{nm}$从基频切换到三次谐波的相互作用后。
2014-07-28 physics.plasm-ph
Generation of GeV positron and γ-photon beams with controllable angular momentum by intense lasers
尽管已经提出了几种基于激光等离子体的方法来产生高能电子、正电子和γ光子，但对其微结构的操纵仍然具有挑战性，并且尚未实现其角动量控制。本文提出并数值模拟了一种在近临界密度等离子体中利用两束反向传播的圆偏振激光产生GeV γ光子和正电子的全光学方案。等离子体充当“开关介质”，其中被捕获的电子首先从驱动激光脉冲获得角动量，然后通过非线性康普顿散射将其转移到γ光子。进一步通过多光子Breit-Wheeler过程，可以有效地产生高密度的高能正电子束，其角动量可以很好地由激光-等离子体相互作用控制。这为产生具有理想角动量的超亮GeV γ光子和正电子束提供了一种有希望和可行的方法，可用于广泛的科学研究和应用。
2018-05-28 physics.plasm-ph
Wave breaking and particle jets in intense inhomogeneous charged beams
这项工作分析了不均匀的，磁聚焦的高强度带电粒子束的动力学。虽然对于均匀光束，整个系统以单一频率振荡，但任何不均匀性都会导致传播横向密度波，最终导致奇异密度积聚，导致波破碎和射流形成。本文提出的理论允许解析计算波浪破碎发生的时间。它也给出了一个很好的估计所需的时间为束放松到最终的稳定状态，包括一个冷的核心包围的光环的高能粒子。
2007-10-19 physics.acc-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Proton acceleration with intense twisted laser light
本研究提出用中等能量强扭曲激光从双层氢靶产生准直高能质子束的方案，经三维PIC模拟验证其发散度远低于同能量高斯激光方案，并结合理论确立了实验可行的低发散高能质子加速机制。
2023-05-03 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Hollow screw like drill in plasma using an intense Laguerre Gaussian laser
随着超强激光技术的发展，MeV量级的离子可以通过不同的机制从激光箔相互作用中获得，如靶法向鞘层加速、辐射压加速、无碰撞冲击加速、爆发加力以及不同机制的组合。这些高能离子束可应用于惯性约束聚变的快速点火、医学治疗和质子成像。然而，这些离子主要在激光传播方向上加速，而在方位角取向上的离子加速很少被提及。本文首次采用环形拉盖尔-高斯LG激光器在相对论强度范围内研究了激光等离子体相互作用的三维粒子模拟。研究表明，在LG模激光器的空心螺旋状钻头中产生了一种新的等离子体旋转。与通常的激光脉冲（如线偏振和圆偏振高斯脉冲）相比，LG激光产生的质子纵向角动量显著增强。此外，粒子，包括电子和离子，可以被捕获和均匀压缩在黑暗的中心最小的甜甜圈LG脉冲。这种中空结构的LG激光器可用于研究一些难题，如惯性约束聚变中的螺旋钻孔、激光驱动粒子加速和天体物理环境中的激光等。
2015-01-12 physics.plasm-ph
Collimated electron jets by intense laser beam-plasma surface interaction under oblique incidence
采用二维Particle-In-Cell和Vlasov方法研究了$p$偏振激光束斜入射到具有低密度等离子体电晕的完全电离等离子体上的情况。一个单一的狭窄的自聚焦电流射流的高能电子被观察到投射到电晕几乎垂直的目标。磁场增强了电子进入电晕的穿透深度。给出了电子出射角度随入射激光强度变化的标度律。
1998-08-31 physics.plasm-ph
Time-dependent energetic laser-ion acceleration by strong charge separation field
超短超强激光与物质相互作用中的激光离子加速现象引起了人们越来越多的关注。由于电子在几飞秒的时间内从激光脉冲中获得相对论能量，并被激光脉冲的有质动力驱离，产生了巨大的电荷分离场脉冲。在一般情况下，离子加速由该电荷分离场决定。得到了一种新的激光等离子体在真空中等温膨胀的含时一般解，不同的密度梯度标度长度对应于不同的电荷分离形式。前面的解是我们的一般解的一些特殊情况。提出了一系列新的解，并可用于预测离子加速的新机制。然而，从我们的一般解中可以推导出许多未说明的具体解，这些解可能用来揭示离子的新的加速模式，如冲击波加速。
2008-12-18 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Anomalous stopping of laser-accelerated intense proton beam in dense ionized matter
超高强度激光（10 $^{18}$ -10 $^{22}$ W/cm $^{2}$）在许多研究和应用领域开辟了新的前景[1-5]。通过照射薄箔，可以形成无源加速场（10 $^{12}$ V/m），并在短时间尺度（$\sim$ ps）内产生具有前所未有的高强度（10 $^{10}$ A/cm $^2$）的多MeV离子[6-14]。这种射束在射线照相[15]、高产中子源[16]、高能量密度物质产生[17]和离子快速点火[18，19]中提供了新的选择。准确理解束流在物质中传输的非线性行为对于所有这些应用都是至关重要的。我们在这里报告的第一个实验证据的异常停止的激光产生的强流质子束在良好的特点密集的电离物质。观测到的阻止本领比单粒子慢化理论预测的要高一个数量级。我们把这种现象归因于集体效应，其中强束在致密的电离物质中驱动接近1GV/m的减速电场。这一发现将对未来惯性聚变能源的发展产生重大影响。
2020-02-07 physics.plasm-ph
