Scissor-cross ionization injection in laser wakefield accelerators
本文提出在激光尾场加速器中，利用倍频脉冲与驱动脉冲成锐角碰撞来触发电离注入。该方案有效地缩短了喷油持续时间，从而获得了较高的喷油质量。三维粒子模拟结果表明，用~100 TW激光脉冲可以产生能量为~500 MeV、电荷为~40 pC、能散为~1%、归一化发射度为几毫米毫弧度的电子束。通过调节两个脉冲之间的角度、触发脉冲的强度和气体掺杂比，可以控制电子束的电荷和能量扩展。
2021-09-26 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Energy Bunching from Sub-Cycle Ionization Injection in Laser Wakefield Acceleration
本文首次实验观测到激光尾场加速中由载波包络相位驱动的能量聚束，利用少周期多太瓦激光在氦氮混合气体中电离注入产生多准单能峰，揭示了亚周期电离注入实现阿秒级控制与束流结构化的潜力。
2025-08-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Generation of Ultrabrilliant Positron Beam via Superponderomotive Injection in Laser Wakefield Acceleration
Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）；Nankai University（南开大学）
该研究提出激光尾场加速中超有质动力注入方法，通过粒子模拟验证产生低发射度多周期正电子束，为超高亮度正电子源提供新型紧凑途径。
2026-08-04 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Phase velocity and particle injection in a self-modulated proton-driven plasma wakefield accelerator
结果表明，等离子体波的相速度降低对自调制质子驱动等离子体尾场加速器（SM-PDPWA）的性能有很大影响。使用分析理论和粒子在细胞模拟，我们表明，减少是最大的自调制的线性阶段。当不稳定性非线性饱和时，相速度接近驱动器的相速度。尾流动力学对加速电子的最大能量增益的有害影响可以使用电子的侧注入或通过平滑等离子体密度梯度控制尾流的相速度来避免。
2011-07-30 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
Mapping charge capture and acceleration in a plasma wakefield of a proton bunch using variable emittance electron beam injection
在AWAKE第一次实验运行的第二阶段（2018年5月至11月）中，使用电子束探测和测试铷等离子体柱中的质子驱动尾场加速。在这项工作中，我们分析了整体的电荷捕获和拍摄到拍摄的再现性质子驱动等离子体尾场加速器与各种电子束注入参数。见证电子束的产生使用的RF枪配备了Cs2Te光阴极照射的可剪裁的超快深紫外（UV）激光脉冲。UV束光学系统的构造使得能够适当的横向束成形和控制其脉冲持续时间、大小和在光阴极上的位置，以及相对于在质子束中播种等离子体尾场的电离激光脉冲的时间延迟。可变光电阴极照明提供了所需的灵活性，以产生具有可变电荷、发射度和注入等离子体柱的轨迹的电子聚束。我们证明了电荷捕获率超过15%（40 pC的GeV加速电荷为385 pC注入电子束）在优化的电子注入条件下。
2022-06-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
All-optical density downramp injection in electron-driven plasma wakefield accelerators
等离子体尾场加速器的一个关键问题是如何将高质量的电子注入等离子体波中。在这里，我们报告的第一个实验演示的等离子体密度下降斜坡注入的电子驱动的等离子体尾场加速器，它可以控制和调整的mJ级激光脉冲的全光学方式。激光脉冲在其到达之前被引导穿过等离子体波的路径，在该路径处，激光脉冲除了通过高电离阈值气体成分的隧穿电离产生背景等离子体之外还产生局部等离子体密度尖峰。该密度尖峰在密度下降斜坡期间使等离子体波失真，导致等离子体电子被注入到等离子体波中。通过调整激光脉冲能量和形状，可以设计高度灵活的等离子体密度尖峰分布，从而实现无暗电流的多功能高质量电子束的产生。这又允许产生独特的注入光束配置，例如反向振荡的双光束。
2020-07-24 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Convergence in nonlinear laser wakefield accelerators modeling in a Lorentz-boosted frame
激光尾流场加速建模使用洛伦兹提升框架技术的粒子在细胞的代码已经证明了数量级的加速。收敛性研究以前进行的情况下，外部注入的线性政权和非线性政权没有注入，所获得的结果表明收敛的百分比水平。本文对2-1/2维组态中的电子自注入模型进行了收敛性研究。据观察，洛伦兹提升框架技术是能够建模复杂的粒子动力学与显着的加速。这一结果对于缩短未来高精度$10\,\mathrm{GeV}$激光尾场加速器级链建模的计算时间是至关重要的。
2018-03-05 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Nonlinear wakefields and electron injection in cluster plasma
激光和束流驱动尾流场有望使粒子加速器的电场梯度增加几个数量级，以供将来应用。探索的关键领域包括所产生的光束的发射特性和克服等离子体中的退相限制。在本文中，第一次在从非均匀团簇等离子体的尾场结构的自注入机制的深入研究提供了使用高分辨率的二维粒子在细胞模拟。团簇是由高压气体射流喷射气体引起的典型结构，其直径远小于激光波长。结论性的证据提供的基本机制，导致粒子捕获，比较均匀和集群等离子体的情况下。加速电子束的特性被发现是可调的，通过改变集群参数。该机制解释了增强的束流电荷与大的横向动量和能量配对，这对电子感应加速器x射线通量有影响。最后讨论了团簇对强激光传输行为的影响。
2020-07-10 physics.acc-ph physics.plasm-ph
A bremsstrahlung gamma-ray source based on stable ionization injection of electrons into a laser wakefield accelerator
激光尾场加速可以产生毫米量级的超短、高亮度相对论电子束。虽然这些特征对于许多应用是感兴趣的，但是源仍然受到电子注入过程的差的稳定性的限制。在这里，我们提出的结果，在纯氮和氩的电子注入和加速。我们观察到稳定的，连续的电离诱导电子注入到尾场激光功率超过7 TW的阈值。光束电荷与激光能量近似线性地成比例，并且受到光束负载的限制。对于40 TW激光脉冲，我们测量到每次发射的最大电荷几乎为1 nC，主要来自能量小于10 MeV的电子。相对较低的能量、高电荷和稳定性使该光源非常适合无损检测等应用。因此，我们证明了生产的高能辐射通过韧致辐射转换在1赫兹的重复率。根据Geant 4蒙特卡罗模拟，我们测量的γ射线源的尺寸小于100微米的0.5毫米钽转换器放置在2毫米从加速器出口。此外，我们提出了图像质量指标的射线照片。
2016-01-19 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High-Quality Electron Beams from Beam-Driven Plasma Accelerators by Wakefield-Induced Ionization Injection
我们提出了一种新的和简单的策略，用于在束流驱动等离子体加速器中控制电离诱导的电子捕获。所提出的方法直接利用电尾场从掺杂剂气体中捕获电子，并将它们捕获到加速和聚焦尾相的明确定义的体积中，从而产生高质量的无源聚束。这种注入原理解释的三维粒子在细胞（PIC）的计算使用代码OSIRIS的例子。在这些模拟中，高电流密度的电子束驱动器激发等离子体波在吹出制度内的完全电离的氢等离子体的密度$5\times10^{17} \mathrm{cm^{-3}}$。在被中性氦气污染的嵌入式$100 \mathrm{μm}$长等离子体柱内，尾流场触发电离，捕获限定比例的释放电子，并随后加速。由此产生的电子束具有$1.5 \mathrm{kA}$峰值电流、$1.5 \mathrm{μm}$横向归一化发射度、在GeV能量尺度上0.3%的不相关能量扩展和几个飞秒聚束长度。
2015-06-06 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Injection tolerances and self-matching in a quasilinear wakefield accelerator
准线性等离子体尾流中的粒子加速提供了获得高加速梯度的途径，同时避免了背景电子的自陷。然而，等离子体对外部注入的见证聚束的响应导致沿聚束长度的聚焦场的变化，这可以导致发射度增长。为了研究这种发射度的增长对整体光束质量的影响，我们开发了一个单一的品质因数的基础上的潜在的高能量应用的AWAKE实验在欧洲核子研究中心。我们表明，这样的品质因数的发展自然会产生的初始见证聚束参数的可调性和稳定性的约束。它进一步表明，独特的物理准线性唤醒引起宽公差的见证聚束半径在注射点，作为等离子体尾场自匹配的见证聚束。
2022-06-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Controlled density-downramp injection in a beam-driven plasma wakefield accelerator
本文介绍了利用束流驱动的等离子体尾场加速实现高品质的等离子体阴极通过密度下降斜坡注入在短的注入器阶段在FLASHForward设施在DESY。电子束的电荷高达105 pC和百分之几的能量扩展加速的可调有效加速场高达2.7 GV/m。等离子体阴极以非常高的注入效率无漂移地操作。研究和模拟了产生的束的抖动、发射度和发散度的来源，以及用于性能改进的策略，这些策略将进一步增加具有所展示的操作稳定性的等离子体阴极的广泛应用
2020-08-10 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Multidimensional Plasma Wake Excitation in the Non-linear Blowout Regime
等离子体加速器可以维持非常高的加速梯度。它们是未来几代粒子加速器的有希望的候选者，用于一些科学，医学和技术应用。目前基于等离子体的加速实验在相对论范围内操作，其中等离子体响应是强非线性的。我们概述了这些制度的尾场激发的一些关键属性。我们概述了一个多维的理论与目前的实验等离子体尾场的激发。然后，我们使用这些结果，并提供设计准则的激光和等离子体参数的选择，确保一个稳定的激光尾场加速器，最大限度地提高质量的加速电子。我们还提到了与这项技术相关的一些未来挑战。
2020-07-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Pinching injection in wakefields for spin-polarized electron beams
Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海光学精密机械研究所）；Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf（杜塞尔多夫大学）；University of Ioannina（约阿尼纳大学）；Foundation for Research and Technology-Hellas（希腊研究与技术基金会）；University of Crete（克里特大学）
通过等离子体wakefield加速中的针尖效应，实现氢卤化物靶中自旋极化电子束的注入，保留自旋极化率达50%。
2026-04-24 physics.plasm-ph
Wakefield-Induced Ionization injection in beam-driven plasma accelerators
本文详细分析了束流驱动等离子体加速器中尾场诱导电离（WII）注入的特点和能力。这种机制利用电尾流场从掺杂剂气体中捕获电子，并将它们捕获在加速和聚焦尾流阶段的明确限定的区域中，从而形成高质量的无源聚束[Martinez de la Ossa等人，物理修订信函111，245003（2013）]。电子束驱动器必须具有高峰值电流（$I_b^0\gtrsim 8.5~\mathrm{kA}$）和与等离子体波长相当的持续时间，以在井喷状态下激发等离子体波并实现WII注入。在该状态下，驱动器区域中的电场的大小与离子腔后部中的电场的大小的差异允许选择性电离和随后从窄相位间隔捕获。以这种方式产生的见证聚束具有短的持续时间和小的归一化横向发射度（$k_pσ_z \sim k_pε_n \sim 0.1$）值。此外，我们表明，注入的电荷的量可以通过调整掺杂剂气体物种的浓度进行调整，这允许控制光束加载，并导致减少的总能量扩散的见证光束。以这种方式产生的电子聚束满足以更高密度驱动井喷状态等离子体尾流并在第二阶段触发WII注入的要求。这表明了一个有前途的新概念的自相似分期WII注入的步骤，随着等离子体密度的增加，产生的潜力，产生前所未有的能量和辉煌的电子束等离子体尾场加速器。
2015-09-05 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Generation of Low Absolute Energy Spread Electron Beams in Laser Wakefield Acceleration Using Tightly Focused Laser through Near-Ionization-Threshold Injection
提出了一种增强的电离注入方案，该方案使用强度接近电离势的紧聚焦激光脉冲来触发失配预等离子体通道中的注入过程，并通过多维粒子模拟进行了研究。该方案的核心思想是通过缩短注入距离来降低俘获光束的能量扩展。我们建立了理论来精确预测注入距离，以及注入原子/离子的电离度，电子产额和电离电荷。找到了注入距离与激光参数和等离子体参数之间的关系，给出了控制注入距离的策略，从而优化了光束的能散。在所提出的模拟例子中，我们已经详细研究了整个注入和加速，并发现一些独特的功能的注入计划，如多聚束注入，独特的纵向相空间分布等。最终的电子束具有相对能量扩展（rms）下降到1.4%，其峰值能量为190 MeV和电荷1.7 pC。束流能散的变化趋势表明，更长的加速时间可以进一步降低能量扩散到小于1%，这可能是与未来的激光等离子体加速器驱动的相干光源相关的应用潜力。
2015-09-29 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High-throughput injection-acceleration of electron bunches from a linear accelerator to a laser wakefield accelerator
由强激光（激光尾场加速器，LWFAs）或粒子束（等离子体尾场加速器，PWFAs）驱动的基于等离子体的加速器（PBA）与传统的射频（RF）加速器相比，可以以极高的梯度加速带电粒子。在过去的二十年里，在这一领域取得了长足的进步，使PBA成为下一代光源和对撞机的候选者。然而，这些具有挑战性的应用必然要求光束具有良好的稳定性、高质量、可控的偏振和优异的再现性。迄今为止，此类光束仅由传统的RF加速器产生。因此，重要的是要证明注入和加速的光束首先使用传统的RF加速器，由PBA。在最近的一些关于PWFA中LWFA分级和外部注入加速的研究中，只有很小一部分（从低于0.1%到几个百分比）的注入电荷（耦合效率）被加速。对于未来的对撞机，其中束能量将需要使用多个阶段来提升，每个阶段的耦合效率必须接近100%。在这里，我们报告的第一个演示外部注入从一个基于光电阴极RF枪的传统直线加速器（LINAC）到LWFA和随后的加速没有任何重大损失的电荷或质量下降，这是通过适当的成形和匹配的束到等离子体结构。这是实现高通量、多级、高能量、混合型常规等离子体加速器的重要一步。
2020-05-01 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Efficient injection of radiation-pressure-accelerated sub-relativistic protons into laser wakefield acceleration based on 10 PW lasers
我们提出了一种混合激光驱动的离子加速方案，使用固体箔和密度定制的背景等离子体的组合目标。在第一阶段，强激光与固体薄膜相互作用中的辐射压加速可产生亚相对论质子束。在第二阶段，该次相对论质子束被进一步加速的激光尾流场驱动的相同的激光脉冲在近临界密度的背景等离子体密度下降的轮廓。在第二阶段开始时，激光波前的传播速度和激发尾场波的相速度被有效地降低。通过沿激光传播方向从临界密度附近逐渐降低背景等离子体密度，尾流在加速质子的同时行进得越来越快。因此，质子和尾流之间的退相被推迟，并且实现有效的尾流场质子加速。这种混合激光驱动质子加速方案可以通过使用峰值功率为10 PW的超短激光脉冲产生多GeV质子束来实现。
2018-06-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Electron self-injection threshold for the tandem-pulse laser wakefield accelerator
可控注入方案是产生高质量激光驱动电子束和X射线的关键。自注入是导致高电流和峰值能量的最直接的方案，但是易受激光参数和目标特性的变化的影响。在这项工作中，改进的控制电子自注入的非线性腔制度，使用两个激光脉冲在串联传播的影响。特别是在注入阈值，电子能量和束流特性方面的串联脉冲方案的优势，在一个制度相关的电子感应加速器辐射证明。此外，它表明，电子自注入的激光功率阈值可以减少到一个因素的两个相比，标准的，单脉冲尾场计划。
2019-11-28 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
Direct observation of the injection dynamics of a laser wakefield accelerator using few-femtosecond shadowgraphy
我们提出了几个飞秒阴影快照期间的非线性演化的等离子体波在激光尾场加速器与横向同步的几个周期的探测脉冲。这些快照可以直接与等离子体波内的电子密度分布相关联，并给出有关其大小和形状的定量信息。我们的研究结果表明，电子自注入到第一等离子体波周期是由第一等离子体周期的延长。三维粒子在细胞模拟支持我们的观察。
2015-07-31 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Two-Pulse Ionization Injection into Quasi-Linear Laser Wakefields
我们描述了一种用于控制电子注入到由引导驱动脉冲驱动的准线性尾场的方案，该方案通过具有短瑞利范围的共线注入激光脉冲电离掺杂剂物种。该方案通过粒子模拟进行了分析，结果显示电子的受控注入和加速达到370 MeV的能量，相对能量扩展为2%，归一化横向发射度为3.0 μm。这是原始APS论文的arXiv版本。它应该被引用为N。Bourgeois，J. Cowley，and S. M. Hooker，Phys. Rev. Lett. 111，155004（2013）。APS链接：http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.111.155004
2013-11-04 physics.plasm-ph
Ultra-Bright Electron Bunch Injection in a Plasma Wakefield Driven by a Superluminal Flying Focus Electron Beam
我们提出了一种新的方法，利用“飞焦”的驱动光束与能量啁啾产生的等离子体尾场结构中的井喷制度的高质量的电子束团的自注入。在飞行聚焦中，利用聚焦光学系统的色相关性，驱动聚束的密度质心的速度可以是超光速或亚光速的。我们首先推导出焦距和能量啁啾的焦斑的焦速度和特征长度。然后，我们使用多维粒子模拟证明，由电子束超光速传播飞行焦点驱动的尾流可以产生具有超低归一化切片发射度的GeV级电子束团（$\sim$ 30 nm rad），高电流（$\sim$ 17 kA），在密度为$\sim10^{19}$ cm $^{-3}$的等离子体中具有低的切片能量扩展（$\sim$ 0.1%）和因此高的归一化亮度（$>10^{19}$ A/rad $^2$ /m $^2$）。注入过程是高度可控和可调的，通过改变焦点速度和成形的驱动光束电流。FACET II的近期实验计划产生数十kA、<10 fs驱动器的能力，可能产生亮度接近$10^{20}$ A/rad $^2$ /m $^2$的光束。
2022-04-24 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Guided mode evolution and ionization injection in meter-scale multi-GeV laser wakefield accelerators
本文研究米级低密度等离子体波导中激光尾波场加速器的最低阶模式拍频效应，揭示其驱动电离注入并产生多GeV准单能电子束，提出三阶段模型解释实验观测。
2023-09-18 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Ionization injection in a laser wakefield accelerator subject to a transverse magnetic field
通过理论分析和粒子模拟研究了激光尾场加速器（LWFA）中外加横向磁场对电子电离注入的影响。在施加几十特斯拉的磁场时，电子捕获条件和尾场结构都显著改变，使得注入发生在更短的距离上并且以增强的速率发生。此外，由于注入电子的本征椭圆形纵向电荷密度分布，束负载得到补偿。非线性电离注入和随之而来的补偿束负载导致的能量扩散的减少和增强的电荷和最终峰值能量的电子束从LWFA沉浸在磁场。
2018-06-28 physics.plasm-ph
Generation of High Brightness Electron Beams via Ionization Induced Injection by Transverse Colliding Lasers in a Beam-Driven Plasma Wakefield Accelerator
采用三维粒子模拟方法研究了在束流驱动等离子体尾流中，利用两束横向碰撞的激光脉冲触发电离注入产生超亮电子束团的过程.相对低强度的激光沿着尾流轴偏振，并且在非常短的时间内与尾流重叠。其结果是，电离电子在尾流横截面中的剩余动量大大减少，并且注入沿尾流的传播轴局部化。这最小化了初始的“热”发射度和由于横向相混合引起的发射度增长。三维PIC模拟结果表明，在实际参数下，可以得到超短（约8 fs）强流（0.4 kA）电子束团，其两个平面的归一化发射度分别为8.5和6 nm，亮度大于1.7* 10 e19 A rad-2 m-2。
2013-01-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Evidence for high-energy and low-emittance electron beams using ionization injection of charge in a plasma wakefield accelerator
利用两个不同长度的锂等离子体源，对等离子体尾场加速器中的电离注入进行了实验研究。用于限制锂的氦气的电离在尾流中注入电子。在加速之后，这些注入的电子在能谱仪上被观察为与驱动束不同的组。它们通常具有数十pC的电荷，几GeV的能量扩展，最大能量高达30 GeV。这组电子的发射率可以比驱动束的初始发射率小许多倍。从一个等离子体长度到另一个的捕获电荷的能量标度是一致的等离子体尾场的井喷理论。
2015-10-06 hep-ex physics.acc-ph physics.plasm-ph
Witness electron beam injection using an active plasma lens for a proton beam-driven plasma wakefield accelerator
有源等离子体透镜使用由通过等离子体的放电电流产生的磁场同时在水平和垂直平面上聚焦射束。使用100 T/m数量级的聚焦梯度，可以在短距离内获得5- 10 $μ$ m的光束尺寸。因此，有源等离子体透镜是用于等离子体尾场加速的有吸引力的元件，因为需要极小尺寸的见证电子束注入到等离子体尾场中以最小化发射度增长并提高捕获效率。当驱动电子束和见证电子束共同传播通过有源等离子体透镜时，必须考虑驱动电子束和见证电子束与等离子体之间的相互作用。在本文中，通过粒子模拟，我们讨论了使用主动等离子体透镜的电子束的最终聚焦的AWAKE运行2实验的可能性。证实了质子束团激发的等离子体尾波场的振幅即使在通过有源等离子体透镜后也保持不变。在透镜的等离子体密度斜坡区，见证电子束的发射度迅速增加。然而，当见证电子束具有100 pC的电荷、10 mm mrad的发射度和60 $μ$ m的聚束长度时，其发射度沿有源等离子体透镜的增长并不显著。对于小的发射度，如2毫米毫拉德，发射度的增长被发现是强烈依赖于RMS束的大小，等离子体密度，和多重库仑散射。
2021-12-10 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Beam current from downramp injection in electron-driven plasma wakefields
研究电子驱动等离子体加速器中密度下坡注入的束流电流，发现其仅由结合驱动器电流、持续时间与等离子体密度的单一参数决定，且不依赖下坡长度。
2023-07-02 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High quality electron beam acceleration by ionization injection in laser wakefields with mid-infrared dual-color lasers
对于激光尾波场加速来说，在保持足够电荷的同时抑制束流能量扩散是关键挑战之一。为了实现这一点，我们提出了双色激光电离注入与组合的激光波长的$2.4\rm μm$和$0.8\rm μm$尾场激发和触发电子注入通过场电离，分别。$2.4\rm μm$波长的激光脉冲使得能够以相对低的激光功率驱动强加速结构。为了进一步降低对激光功率的要求，我们还提出了使用二氧化碳作为工作气体介质，其中碳作为注入元件。我们的全三维粒子模拟结果表明，在不久的将来，在激光参数可达到的条件下，该方案可以获得GeV能级的低能散（约1%）和高电荷（几十皮库仑）的电子束。
2016-03-03 physics.plasm-ph
Self-truncated ionization injection and consequent monoenergetic electron bunches in laser wakefield acceleration
在激光尾场加速中，电离诱导注入是一种很有前途的注入方案。然而，这种机制中的能量扩散控制仍然是一个挑战，因为在混合气体目标中的连续注入通常是不可避免的。在这里，我们建议，通过使用某些最初不匹配的激光脉冲，电子注入可以被约束到混合气体目标的最前面的区域，通常在由激光驱动的气泡变形确定的几百微米的长度。在一定的优化条件下，注入区被很好地限制在$200\rm μm$内，根据粒子模拟，可获得中心能量为383 MeV、能散FWHM为3.33%、归一化发射度为3.12 mm mrad、电荷为14.58 pC的电子束。多维仿真和理论分析都说明了该方案的有效性。
2013-12-20 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
Electron dynamics and injection in plasma-based accelerators with sharp vacuum-plasma transitions
从理论上研究了激光或粒子束从真空进入欠密等离子体的动力学过程。我们的理论模型结合了拉格朗日流体模型与经典的准静态尾流场理论。研究发现，背景电子可以注入尾场，因为尖锐的真空-等离子体跃迁可以降低注入阈值。该模型可以从理论上给出注入条件、注入阈值以及注入长度，并与计算机模拟结果进行了比较。此外，在注入阈值附近可以产生高质量的电子束，该方案在降低注入阈值和提高等离子体加速器的束流质量方面具有广阔的应用前景。
2017-11-20 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Leaky surface plasmon-based wakefield acceleration in nanostructured carbon nanotubes
本文通过数值模拟提出利用碳纳米管中表面等离激元泄漏场产生TV/m级尾场，可高效加速电子与正电子，并验证了边缘注入与自注入两种机制的可行性，为超紧凑固态等离子体加速器提供了新路径。
2025-03-27 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Sub-femtosecond electron bunches created by direct laser acceleration in a laser wakefield accelerator with ionization injection
在这项工作中，我们将通过三维粒子模拟显示，激光尾场加速器中的激光直接加速可以产生亚飞秒电子聚束。用两个激光脉冲持续时间进行两个模拟，使得最短的激光脉冲仅占据第一气泡的一部分，而较长的脉冲填充整个第一气泡。在后一种情况下，当被捕获的电子向前移动并与激光脉冲的高强度区域相互作用时，自然发生微聚束，产生0.5 fs的电子聚束。这在短脉冲模拟中没有观察到。
2015-02-26 physics.plasm-ph
3D PIC simulation and theoretical modeling of RF Laser pulse in magnetized plasma for the generation of multidimensional relativistic Wakefields
本研究通过3D电磁粒子模拟扩展自洽理论框架，探讨横向射频激发下磁化等离子体中相对论电子束驱动的尾波场调制，揭示磁场与射频共同作用对尾波场的放大、重塑及约束稳定作用，明确多参数对尾波场特征的影响规律。
2025-11-12 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Optimized laser-assisted electron injection into a quasi-linear plasma wakefield
提出了一种新的电子注入等离子体尾场加速方案。该方法基于最近提出的通过激光-固体相互作用产生快速电子的技术：具有数十mJ能量的飞秒激光脉冲以$45^o$角度撞击致密等离子体靶，排出良好准直的电子束，并将这些电子束加速到接近镜面方向的几MeV。我们研究了在低密度等离子体中，由外部束流驱动器激发的准线性尾场对这些快电子的捕获。这种配置可能与CERN的AWAKE实验有关。我们改变不同的注入参数：注入的相位和角度，激光脉冲能量。导出了线性轴对称尾流的近似捕获条件。它是用来优化被困电荷，并通过三维粒子模拟验证。结果表明，当加速场为2.5 GV/m时，准线性等离子体波能捕获电荷$\sim$ 100 pC、横向归一化发射度为60 $μ$ m的电子束团，并能将其加速到几GeV的能量，10 m后电子束团的展宽为$\lesssim$ 1%.
2021-09-07 physics.plasm-ph
Plasma wakefield dynamics of self-generated electron bunch trains
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
本研究通过激光驱动尾场加速器中的下坡注入产生具有周期性能量间隔的准单能电子束团，利用尾场的相对论性延长和相空间旋转实现能量压缩，并通过粒子模拟揭示其形成与演化机制。
2026-06-04 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Self-Adaptive Stabilization and Quality Boost for Electron Beams from All-Optical Plasma Wakefield Accelerators
University of Strathclyde（思克莱德大学）；Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学）；Heinrich Heine University Düsseldorf（杜塞尔多夫大学）；Cockcroft Institute（科克克罗夫特研究所）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；École Polytechnique（巴黎综合理工学院）；Helmholtz-Zentrum Dresden–Rossendorf（德累斯顿罗森多夫亥姆霍兹中心）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）
本文提出利用等离子体光阴极技术提升激光等离子体谐振加速器电子束质量，通过补偿波动实现更稳定的输出。
2025-07-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Laser Pulse-Electron Beam Synergy: An Approach to Higher Electron Energy Gain in Laser Wakefield Accelerators
基于激光脉冲和电子束的共同作用，提出了尾场加速器中电子注入和加速的新方案。这种协同作用导致更强的尾流场生成和更高的能量增益中的气泡制度。在较低的激光功率和等离子体密度下，整个气泡的强烈变形导致电子自注入。为了预测电子束和激光脉冲参数的实际范围，提出了一个解释模型。研究了改变电子束初始位置对等离子体电子自陷的影响。在48 TW激光尾流场中，注入280 pC电子束，在减速阶段产生了高质量（25 fs）、高电荷量（340 pC）、1GeV的电子聚束。
2020-07-01 physics.plasm-ph
Theory of wakefields excited by an off-axis drive bunch in a plasma-dielectric waveguide
建立了离轴束团注入情况下驱动电子束团在等离子体介质加速结构中激发尾场的线性理论。所研究的结构是一个圆形的介质加载金属波导与带电粒子的通道，充满均匀的冷等离子体。导出的理论被用来调查数值聚束激发尾场分量的空间分布，它的作用在驱动和见证聚束。
2021-12-20 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Low emittance electron beam generation from a laser wakefield accelerator using two laser pulses with different wavelengths
利用多维粒子模拟方法研究了在长波长激光驱动的非线性尾流场中，短波长激光脉冲触发的电离注入。我们发现，非常明亮的电子束可以产生通过这种双色方案在共线传播或横向碰撞几何。对于固定的激光强度$I$，具有较长/较短波长$λ$的激光具有较大/较小的有质动力势（$\propto I λ^2$）。双色方案利用这一特性将注入过程与尾流场激发过程分离。通过使用较长波长的激光驱动器（例如，$10 \micro\meter$ CO $_2$激光器），由于其非常大的有质动力势，可以在相对低的激光强度下产生非常强的尾流。另一方面，短波长激光可以在尾流内部产生具有非常小的剩余动量（$p_\perp\sim a_0\sim \sqrt{I}λ$）的电子，导致具有非常小的归一化发射度（$\nano\meter$的数十）的电子束。使用粒子模拟，我们表明，一个$\sim10 \femto\second$电子束与$\sim4 \pico\coulomb$的电荷和$\sim 50 \nano\meter$的归一化发射率，可以通过结合一个10 $\micro\meter $驱动激光与400 $\nano\meter$注入激光，这是一个以上的数量级的改进时，获得的典型结果相比，一个单一的波长的激光用于尾迹形成和电离注入。
2014-02-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Controlling injection using a magnetic field to produce sub-femtosecond bunches in the laser wakefield accelerator
结果表明，电子注入到激光驱动的等离子体泡可以通过施加外部磁场在等离子体密度梯度的存在下进行操纵。密度定制等离子体的下降斜坡局部地降低了等离子体波相速度，这触发了注入。纵向磁场动态地在尾流泡后部的电子密度分布中诱导出一个膨胀的空穴，这降低了其附近的峰值电子速度。当电子速度下降到相速度以下时，电子注入被抑制，相速度取决于密度孔的大小。这使得电子注入的开始和结束能够被独立地控制，这允许对于$\sim 10$特斯拉的施加磁场产生具有几千安培的峰值电流的亚飞秒电子聚束。
2019-03-04 physics.plasm-ph
Electron injection and acceleration into laser-driven wakefield from a solid overdense plasma target
Université de Bordeaux-CNRS-CEA（波尔多大学）；CEA/DRF/IRAMIS, CNRS, École Polytechnique, Institut Polytechnique de Paris（法国原子能和替代能源委员会/研究和技术开发部/核能及替代能源研究所，法国国家科学研究中心，巴黎综合理工学院，巴黎理工学院）；CEA, IRFU, DACM, Université Paris-Saclay（法国原子能和替代能源委员会，核物理研究所，原子和分子动力学实验室，巴黎萨克雷大学）；LULI, CNRS, CEA, Sorbonne Université, École Polytechnique, Institut Polytechnique de Paris（激光等离子体相互作用实验室，法国国家科学研究中心，法国原子能和替代能源委员会，索邦大学，巴黎综合理工学院，巴黎理工学院）；Swiss Plasma Center, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（瑞士等离子体中心，洛桑联邦理工学院）；Sorbonne Université（索邦大学）
提出一种结合固体过密靶电子提取与相邻欠密等离子体尾波加速的两级激光等离子体加速方案，通过参数研究和二维PIC模拟证明了高效电子注入和高电荷、高能量电子束的产生。
2026-08-11 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High quality beam produced by tightly focused laser driven wakefield accelerators
提出利用紧聚焦激光在焦点后扩张引发尾波场空泡膨胀和电子注入，并通过最佳加速距离抑制啁啾，模拟获得纳库仑级、约1%能散的高品质电子束。
2023-04-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Generation of polarized electron beams through self-injection in the interaction of a laser with a pre-polarized plasma
通过粒子模拟研究了预极化等离子体中激光尾场加速产生极化电子束，发现注入方案影响退极化过程，纵向自注入可获得极化度99%的超短电子束。
2023-11-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Modelling of pulse train generation for resonant laser wakefield acceleration using a delay mask
提出了一种适用于共振多脉冲电离注入的由单个高能超短脉冲产生训练脉冲串的新方法。该方法基于脉冲的不同横向部分被“掩模”延迟，该掩模被分成具有不同厚度的同心区域，以便传递多个激光脉冲。掩模被放置在最后一个聚焦抛物线之前。掩模中间的一个孔允许原始脉冲的一部分通过以驱动电子注入。本文提出了一个完整的数值模拟这种计划。特别是，我们讨论了从掩模出现的脉冲的空间和时间分布，以及它们如何与每个部分的半径和厚度相关。
2018-02-02 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Effects of initial spin orientation on the generation of polarized electron beams from laser wakefield acceleration in plasma
本研究从理论和数值上探究预极化等离子体中初始自旋取向对激光尾波场加速电子束极化的影响，发现自旋动力学依赖自注入机制，纵向注入较横向注入更易获得高极化电子束。
2025-02-12 physics.plasm-ph
Phase Space Dynamics of Ionization Injection in Plasma Based Accelerators
采用理论和粒子模拟方法研究了等离子体尾流场中电离诱导注入过程中束流相空间的演化。注入过程导致特殊的纵向和横向相位混合，导致最初的快速发射度增长，然后振荡，衰减，并最终缓慢增长到饱和。这种演变的分析理论，包括注入距离（时间），加速距离，尾场结构，和非线性空间电荷力的影响。在低和高空间电荷制度的发射度的公式。通过PIC模拟验证了理论，并获得了良好的协议。这项工作显示了如何超低发射率光束可以使用电离诱导注入产生。
2013-06-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Laser Wakefield Acceleration Using Wire Produced Double Density Ramps
提出了一种实现和控制激光尾场加速器加速段电子注入的新方法。它利用一根导线，将其引入超音速气体射流中，产生冲击波和三个不同等离子体电子密度的区域。如果适当地调整，激光等离子体相互作用发生在三个阶段：激光自压缩，电子注入和加速在第二个等离子体波周期。自注入相比，在一个恒定密度的等离子体中的非线性等离子体波的破波，该计划增加了高达一个数量级的准单能区的光束电荷。在第二等离子体波周期中的电子加速使电子束发散度降低约25%，并且在密度下降斜坡处的局部注入导致具有小于百分之几的相对扩展的光谱。
2012-10-25 physics.plasm-ph
Towards controlling electron charge with nanoparticle assisted laser wakefield accelerators
利用纳米粒子辅助激光等离子体波加速器控制电子电荷，通过调整纳米粒子材料和尺寸影响束流电荷及能量分布。
2025-11-26 physics.plasm-ph
Role of direct laser acceleration in energy gained by electrons in a laser wakefield accelerator with ionization injection
利用粒子模拟方法研究了激光尾流场加速器准井喷工作模式下激光横向电场对电子加速的影响。为了确保纵向压缩和/或横向聚焦的激光脉冲是不需要的尾流可以自陷等离子体电子之前，我们采用了电离注入技术。此外，改变等离子体密度，使得在最低密度下，激光脉冲仅占据尾流振荡的第一波长的一部分（加速桶），而在最高密度下，相同持续时间的激光脉冲填充整个第一桶。虽然在所有情况下，由于离子柱，被捕获的电子执行电子感应加速器振荡，在最低的等离子体密度，他们不与激光场相互作用，能量增益都是由于纵向尾场。然而，随着密度增加，由于在激光脉冲的偏振平面中经历电子感应加速器运动的那些电子的直接激光加速（DLA），可能对最大能量有显著贡献。最终，DLA可以是由于最高密度下的纵向场而导致的加速的主要能量增益机制。
2014-04-19 physics.plasm-ph
Energy-chirp compensation in laser wakefield accelerators
激光尾波场加速器中的能量扩散主要受到注入和加速过程中引入的能量啁啾的限制。在这里，我们提出并证明了使用纵向密度剪裁，以适应加速领域，并减少啁啾在年底的加速器。三维PIC模拟支持的实验数据表明，宽带电子束可以转换为准单能束的能量分布小于10%，同时保持超过120 pC的高电荷。在尾流场加速的线性和准线性区域中，该方法可以提供甚至更低的、低于百分之一水平的能量扩展。
2018-06-08 physics.acc-ph physics.plasm-ph
