Self-guiding of 100 TW Femtosecond Laser Pulses in Centimeter-scale Underdense Plasma
利用高功率超短脉冲激光与欠稠密等离子体相互作用，进行了激光自导引的实验研究。当激光脉冲功率远高于相对论自聚焦的临界功率时，观察到极长等离子体通道的形成及其弯曲。长的自导引通道的形成伴随着电子加速，具有低的横向发射度和高的电流。粒子模拟表明，当加速电子超过激光脉冲并改变激光脉冲前面区域的折射率时，激光弯曲发生。
2006-05-29 physics.plasm-ph
Sequential terahertz pulse generation by photoionization and coherent transition radiation in underdense relativistic plasmas
采用三维粒子模拟方法研究了双色超短光脉冲与低密度氦气相互作用系统（$> 10^{19}\,\mathrm{W/cm}^2$）产生的太赫兹辐射.太赫兹场被证明是由两种机制依次发生，即，光电离-感应辐射（PIR）的双色脉冲和相干跃迁辐射（CTR）的尾场加速电子逃逸等离子体。对于原子密度为$> 10^{17}\,\mathrm{cm}^{-3}$的等离子体，CTR被证明是主导过程，提供具有高达$100\,\mathrm{GV/m}$的场强和超过$1\,\mathrm{mJ}$的能量的THz突发。为PIR和CTR过程开发了分析模型，该模型正确地再现了模拟数据。
2017-09-14 physics.plasm-ph
Ion dynamics and coherent structure formation following laser pulse self-channeling
本文采用二维粒子模拟方法研究了超强激光脉冲在低密度、非均匀等离子体中的传播，时间尺度可达几皮秒。研究了激光脉冲电荷位移自沟道效应对离子动力学的影响。径向离子加速导致等离子体通道壁的"破碎“，引起径向空间电荷场的反转和激光脉冲的偏转。在以后的时间观察到一些长寿命的，准周期性的场结构，其动力学的特点是具有高分辨率。在等离子体通道内，观察到类似于孤子和涡旋状结构的电场和磁场的图案。
2007-08-21 physics.plasm-ph
Dispersion of the laser pulse through propagation in underdense plasmas
激光脉冲在低密度等离子体中的传输是激光与等离子体相互作用过程中的一个重要方面。在这项工作中，我们探讨了两个区域的激光在等离子体中的传输，一个与$a_0 < 1$和其他与$a_0 \gtrsim 10$。对于$a_0<1$的情况，我们使用冷相对论流体模型，其中除了不动的离子没有进一步的近似。激光脉冲的振幅，脉冲持续时间，和等离子体密度的影响进行了研究，使用流体模型，并与预期的标度律和PIC模拟进行比较。流体模型和PIC模拟之间的协议被发现是优秀的。此外，对于$a_0 \gtrsim 10$情况，我们单独使用PIC模拟。从电磁场能量到纵向静电场能量的转换之间的微妙相互作用导致了色散，从而导致泵浦激光脉冲的红移。我们还研究了色散脉冲（在欠稠密等离子体中传输后）与亚波长双层复合靶的相互作用。发现来自薄的低密度第二层的离子被有效地加速到$\sim 70$ MeV，这在没有分散的情况下是没有发现的。
2018-11-03 physics.plasm-ph
Suppression of power losses during laser pulse propagation in underdense plasma slab
本研究通过二维PIC模拟揭示中低密度、非相对论条件下前向拉曼散射主导激光损耗，并提出以频率失谐大于等离子体频率的多色激光抑制该散射、实现高效功率传输。
2020-11-07 physics.plasm-ph
Dynamics of nanosecond laser pulse propagation and of associated instabilities in a magnetized underdense plasma
本文通过实验和模拟研究磁化欠稠密等离子体中纳秒激光脉冲的传播，发现磁场可提高透射率、增强光束平滑度并约束热电子，从而降低靶预热。
2022-11-11 physics.plasm-ph
Proton Acceleration in Underdense Plasma by Ultraintense Laguerre-Gaussian Laser Pulse
采用三维粒子模拟方法研究了短脉冲强拉盖尔-高斯（LG）激光作用下低密度等离子体中见证质子的加速过程。在LG 10激光脉冲的驱动下，形成了一个轴上有电子柱的特殊气泡，在气泡中质子可以被横向聚焦场很好地限制，并被纵向尾流场加速。避免了在低密度等离子体中用高斯激光脉冲加速之前散射的风险，并且质子被稳定地加速到更高的能量。在模拟中，质子束在2.14 × 10 ~（22）W/cm ~ 2的LG ~（10）激光脉冲驱动下，在欠密氚等离子体中从1 GeV加速到7 GeV。
2014-07-24 physics.optics physics.plasm-ph
Laser opacity in underdense preplasma of solid targets due to quantum electrodynamics effects
我们研究了下一代激光脉冲在10 PW $-$ 200 PW与固体靶相互作用的相对论欠密预等离子体的放大自发发射（ASE）产生的存在。由于量子电动力学（QED）过程中产生的电子-正电子对和$γ$射线光子，激光打孔和相对论透明受到强烈的限制。一对等离子体的密度以上的初始preplasma密度形成，抵消了由钻孔产生的无电子通道。这种对主导的等离子体可以阻止激光输运并触发类似雪崩的QED级联，有效地将激光能量转换为光子。这使得1- $\rmμm$ -标度长度、欠密的预等离子体对该功率水平的激光脉冲完全不透明。因此，QED诱导的不透明性为固体靶实验中的这种脉冲设定了比经典等离子体物理预期的高得多的对比度要求。例如，我们的模拟表明，质子加速从后方的固体与preplasma将强烈受损。
2017-01-20 physics.plasm-ph
Observation of post-soliton expansion following laser propagation through an underdense plasma
30 ps，$3\times 10^{18}$ W cm $^{-2}$激光脉冲与欠密氘等离子体相互作用产生的电磁后孤子的膨胀在脉冲传播后100 ps内被观察到，此时大量的后孤子仍保留在等离子体中。后孤子的时间演化具有很高的空间和时间分辨率。所观察到的膨胀相比，分析模型和三维粒子在细胞的结果提供指示后孤子动力学的偏振依赖性。
2010-07-01 physics.plasm-ph
Anticorrelation between Ion Acceleration and Nonlinear Coherent Structures from Laser-Underdense Plasma Interaction
在激光等离子体实验中，我们观察到，离子加速从库仑爆炸的等离子体通道由激光钻孔，被阻止时，多个等离子体不稳定性，如双折射和软管，和非线性相干结构（涡/后孤子）出现在一个超短激光脉冲的尾迹。纵向等离子体密度斜坡的剪裁使我们能够控制这些不稳定性的发生。我们推断，在我们的条件下，当等离子体在临界密度的10%左右时呈现出250 μm量级的梯度（高斯拟合），从而阻碍了加速时，激光脉冲被耗尽到这些结构中。一个有前途的实验装置与长脉冲的证明，使激发一个孤立的相干结构的偏振测量，并在进一步的观点，离子等离子体加速效率的参数研究。
2011-10-26 physics.plasm-ph
Self Modulation and Scattering Instability of a Relativistic Short Laser Pulse in an Underdense Plasma
激光-等离子体自洽演化的表征是相对论激光-等离子体相互作用领域的一个基本问题。在本文中，我们提出了一个分析框架，描述这些演变过程中的短强激光脉冲在亚临界高密度等离子体（脉冲长度超过等离子体波长）的传播。在这种情况下，脉冲的演变归因于尾场诱导的自调制和不稳定，通过参数指数的初始噪声内容。自洽等离子体演化的量，这是用来作为运动常数在没有脉冲演化。这被证明是非常有用的，在理解等离子体演化过程中的自调制，也有利于在强非线性制度的不稳定性研究，通过细化不稳定的等离子体扰动。一般的解析解，在任意的脉冲条件下，推导出自调制，表示的包络演变的诱导空间频率啁啾驱动。此外，这些结果表明，包络达到精细调制，通过拍载波模式产生长波长低频模式。等离子体波的变化被发现对流和放大远离脉冲前沿。关于参数不稳定性，我们评估不同的散射制度，在不同的脉冲形状和峰值强度，表现出异常的行为，从野生定位的斯托克斯波在色散平面的散射光谱加宽，并停止不稳定。我们的分析得到了大量流体和粒子模拟的辅助和验证。基于我们的研究结果，我们讨论了脉冲分裂和它的不同制度，并在脉冲演化的存在下辅助粒子加速的现象。
2019-01-08 physics.plasm-ph
Quasimonoenergetic electron beams produced by colliding cross-polarized laser pulses in underdense plasmas
两个激光脉冲在欠密等离子体中的相互作用已被证明能够在等离子体波中注入电子，从而提供稳定且可调谐的电子源。而以前的工作集中在“拍波”的注射计划，其中两个激光器具有相同的偏振在等离子体中碰撞，这封信研究的偏振效应，更具体地说，两个碰撞交叉偏振激光脉冲的相互作用。理论和实验表明，电子也可以被预加速和注入的随机加热发生在碰撞的两个交叉偏振激光，从而，一个新的制度的光学注入演示。研究发现，在较高的激光强度下，发生交叉偏振激光注入。
2008-09-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Observation of a Long-Wavelength Hosing Modulation of a High-Intensity Laser Pulse in Underdense Plasma
我们首次在实验上观测到了高强度激光脉冲的长波长振荡调制。在激光器的基本波长处的散射光辐射的侧视图图像揭示了激光脉冲在其通过欠密等离子体的传播期间的横向振荡。振荡的波长λ_hosing取决于背景等离子体密度n_e，其标度为λ_hosing~n_e^-3/2。与分析模型和2维粒子模拟的比较表明，这种激光hosing可以引起的时空不对称的强度分布在激光焦点，这可能是由一个不对准的抛物面聚焦镜或衍射光栅在脉冲压缩器。
2010-07-19 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Chirp-controlled plasma wake excitation by an exponential laser pulse in underdense plasma
University of Lucknow（勒克瑙大学）
研究通过指数啁啾激光脉冲在稀疏等离子体中激发等离子体尾场，发现指数啁啾能增强尾场幅度，通过非线性相位变化提升加速场强度和电子动量增益。
2026-04-30 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Opacity of relativistically underdense plasmas for extremely intense laser pulses
人们普遍认为，相对论低密度等离子体对强激光辐射是透明的。然而，粒子模拟显示，对于$1~μ\mathrm{m}$的波长，高于约~ $3 \times 10^{24}~\mathrm{W}\,\mathrm{cm}^{-2}$的强度阈值的异常激光场吸收。在阈值以上，激光强度的进一步增加不会导致传输距离的增加。模拟考虑到硬光子的发射和随后的对光生在激光场。这些效应导致了一个自我维持的电磁级联的开始，并形成致密的电子-正电子（$e^+e^-$）等离子体的权利内的激光场。等离子体有效地吸收电场，保证了等离子体的不透明性。讨论了弱纵向电子-离子电场在级联生长中的作用。
2022-10-04 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Plasma wake inhibition at the collision of two laser pulses in an underdense plasma
文献[1]和[2]提出了一种用于激光等离子体加速器的电子注入器概念，它依赖于使用反向传播的超短激光脉冲。在文献[2]中，方案是这样的：泵浦激光脉冲产生一个大振幅的激光尾波场（等离子体波）。反向传播的注入脉冲与泵浦激光脉冲干涉以产生拍频波图案。拍波的有质动力能够将等离子体电子注入尾流场中。我们已经研究了这种注入方案，使用1D粒子在细胞（PIC）模拟。模拟揭示了以前模型中没有考虑到的现象和重要的物理过程。特别地，在激光脉冲的碰撞处，大多数等离子体电子被捕获在拍频波图案中，并且不能有助于支持等离子体波的集体振荡。在这一点上，流体近似失败，等离子体尾流被强烈抑制。因此，注入的电荷减少了一个数量级相比，从以前的模型的预测。
2007-03-05 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Laser acceleration of highly energetic carbon ions using a double-layer target composed of slightly underdense plasma and ultrathin foil
我们报告的实验产生高能量的碳离子高达48兆电子伏每核子的拍摄双层靶组成的良好控制的轻微欠密等离子体（ESTA）和ESTA箔与超强飞秒激光脉冲。粒子模拟结果表明，由于箔片前面的屏蔽层的存在，碳离子在屏蔽层中依次经历辐射压加速和长时间鞘场加速。这种加速方案特别适用于飞秒激光脉冲对重离子的加速。在高重复频率下，重离子能量突破数十MeV/u将能够引发核物理、能量密度物理和医学物理的重大进展。
2018-01-31 physics.plasm-ph
Underdense relativistically thermal plasma produced by magnetically assisted direct laser acceleration
我们介绍了第一种方法，体积产生相对论热等离子体在气体射流可及密度。使用完全动力学模拟和理论，我们证明了两个阶段的直接激光加速驱动的两个激光脉冲在外加磁场可以加热一个显着的等离子体体积多兆电子伏的平均能量。最高的动量特征是2D各向同性的，在相互作用后仍然存在，并且包括大多数电子，使得实验能够首次在光学可诊断的制度中获得体相对论的高能量密度等离子体。
2022-02-14 physics.plasm-ph
Intense Ion Beam Neutralization Using Underdense Background Plasma
产生用于中和目的的稠密背景等离子体在实验上是困难的，并且需要大量的能量。我们表明，即使是一个相对密度小的undendense背景等离子体可以实现高强度的离子束脉冲的中和。使用粒子在细胞中的模拟，我们表明，如果总的等离子体电子电荷是不可比的束电荷，电子发射器是必要的有效中和，但不需要，如果等离子体体积大。几个等离子体密度进行了研究，包括没有等离子体，这并不能有效地中和束的情况下的电子发射器。甚至对于非常低密度的背景等离子体也实现了超过95%的中和。我们比较分析模型的中和，并找到密切的协议与粒子在细胞模拟。此外，我们还展示了NDCX-Ⅱ实验组的实验数据，验证了低密度等离子体可以有效地中和强流重离子束的结果。
2014-09-09 physics.plasm-ph
Waveform control of relativistic electron dynamics in an underdense plasma
超强激光脉冲与欠密等离子体的相互作用用于激光等离子体加速，以产生相对论电子和X射线的超短脉冲的紧凑源。加速结构是等离子体波或尾场，它由激光有质动力激发，这种力通常被认为只取决于激光包络而不是其确切的波形。在这里，我们使用近单周期激光脉冲与受控载波包络相位（CEP），以表明激光场的实际波形对等离子体响应有明显的影响。我们测量的相对论电子束被发现是强烈的CEP依赖，这意味着我们实现了波形控制的电子动力学在欠密激光等离子体相互作用。我们的研究结果铺平了道路，高精度，子周期控制等离子体加速器中的电子注入，使阿秒相对论电子束和X射线的生产。
2021-04-21 physics.optics physics.plasm-ph
Betatron radiation emitted during the direct laser acceleration of electrons in underdense plasmas
Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa（里斯本大学技术学院）；Institute of Plasma Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院等离子体物理研究所）
本研究通过PIC模拟发现，利用低密度等离子体可使DLA在数百MeV能量下发射高亮度回旋辐射，转换效率达数百分比，为高亮度伽马射线源提供新途径。
2025-02-10 physics.plasm-ph
Electron Acceleration in Underdense Plasmas Described with a Classical Effective Theory
本文提出了一种有效的激光等离子体粒子加速理论。在这里，我们把等离子体作为一个连续介质的折射率$n_{m}$，其中一个单一的电子传播。由于该模型的简单性，我们不需要进行PIC模拟来研究电子加速的特性。研究了电子在洛伦兹力作用下的运动特性，并对相对论运动方程进行了数值求解和分析。我们比较了我们的结果PIC模拟和实验数据。关键词：欠密等离子体;电子加速;经典电动力学;相对论运动方程;超短激光脉冲
2015-02-19 physics.plasm-ph
Direct laser acceleration in underdense plasmas with multi-PW lasers: a path to high-charge, GeV-class electron bunches
Institute of Plasma Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院等离子体物理研究所）；University of Michigan（密歇根大学）；University of California San Diego（加州大学圣迭戈分校）
本研究通过优化激光聚焦策略，在低密度等离子体中实现高能电子束加速，为未来高能物理实验提供可能的技术路径。
2024-03-07 physics.plasm-ph
Pulsed Mid-infrared Radiation from Spectral Broadening in Laser Wakefield Simulations
高功率激光脉冲在低密度等离子体中传输时产生的光谱红移可以作为超短中红外辐射源。在传播过程中，高功率激光脉冲驱动大振幅等离子体波，耗尽脉冲能量。同时，大振幅等离子体波提供了导致光谱偏移的动态介电响应。激光脉冲能量的损失和激光脉冲作用的近似守恒意味着光谱红移伴随着损耗。在本文中，我们调查，通过模拟，MIR产生的脉冲能量，初始脉冲宽度和等离子体密度的参数依赖性。
2013-04-20 physics.plasm-ph
Laser-Pulse and Electron-Bunch Plasma Wakefield Accelerator
强激光脉冲和高电荷电子束通过等离子体的传播距离分别受到衍射和自减速的限制。这对两个主要的先进加速器概念：激光和等离子体尾场加速器的性能提出了严格的限制。利用数值模拟，我们表明，当两个光束共同传播的等离子体中，它们可以相互作用的协同作用，并延长彼此的旅行距离。负责的协同作用的关键相互作用被发现是由电子束的激光沟道，和由激光脉冲的束电子的直接激光加速。值得注意的是，从激光脉冲转移到等离子体的能量的量可以通过引导电子聚束增加几倍，尽管它的能量含量很小。讨论了这种协同相互作用对外部注入见证电荷的高梯度加速的影响，并提出了激光脉冲和电子束等离子体加速器（LEPA）的新概念。
2020-11-05 physics.plasm-ph
Propagation of Ultra-Intense Laser Pulses in Near-critical Plasmas: Depletion Mechanisms and Effects of Radiation Reaction
虽然，对于目前的激光脉冲能量，弱非线性制度的LWFA是已知的最佳达到最高可能的电子能量，即将到来的大型激光系统的能力将提供运行高度非线性制度的激光脉冲传播在欠密或近临界等离子体的可能性。使用扩展的粒子在细胞（PIC）模型，考虑到所有相关的物理，我们表明，这样的制度可以实现与外部引导一个相对较长的传播距离，并允许稳定的激光能量转换成其他类型的能量，包括大量的高能电子的动能和它们的非相干发射的光子。尽管激光脉冲的高强度触发了许多新的能量耗尽机制，但我们系统地研究了这些机制。
2017-04-05 physics.plasm-ph
Two stage $γ$ ray emission via an ultrahigh intensity laser pulse interaction with a laser-wakefield accelerated electron beam
利用粒子模拟方法研究了强激光脉冲与激光尾场加速电子束碰撞产生的双$γ$射线束。本文研究了均匀欠密预等离子体在固体箔片前的合成靶。在预等离子体中的电子被尾流场捕获和加速。当激光脉冲被薄的固体箔反射时，尾场加速的电子继续向前运动并穿过箔，几乎不受反射的激光脉冲和箔的影响。因此，两组$γ$射线闪光，具有可调的时间延迟和能量，产生的尾场加速电子束与反射的激光脉冲从箔以及另一个反向传播的拍瓦激光脉冲在后面的箔。研究了$γ$光子发射与预等离子体密度、驱动激光偏振态和薄膜的关系。
2020-02-22 physics.plasm-ph
A numerical study of self-focusing and guiding of laser pulse of duration shorter than plasma wavelength
本文数值研究了欠密等离子体中超短强激光脉冲的自聚焦与导引，考虑尾场非线性与相对论效应，发现L/lambda_P~0.42的脉冲在a0~0.9时导引最稳定，且向上密度斜坡能增强自聚焦并降低所需激光强度。
2024-11-18 physics.plasm-ph
Betatron resonance electron acceleration and generation of quasi-monoenergetic electron beams using 200fs Ti:Sapphire laser pulses
利用钛宝石激光脉冲与低密度He气体射流等离子体相互作用，产生了准单能电子束（峰值能量~17- 22 MeV，发散角~ 10 mrad，能散~20%）。激光脉冲宽度为200 fs，聚焦强度为~ 2.1 × 10^18 W/cm ^2。观察到激光脉冲在等离子体中的两个自聚焦阶段。两组加速电子也观察到与这些阶段的沟道，是由于电子感应加速器共振加速机制。这是支持使用代码EPOCH和详细的理论分析表明，目前的实验条件下进行的二维PIC模拟更有利于电子感应加速器共振加速和准直，准热/准单能电子束的产生。
2017-06-24 physics.plasm-ph
Electronic parametric instabilities of an ultrarelativistic laser pulse in a plasma
通过数值求解激光驱动等离子体动力学中包含辐射反作用力影响的色散关系，研究了超相对论圆偏振激光脉冲在欠密等离子体中传输的电子参数不稳定性。重点放在研究不同的模式在激光等离子体系统和识别的绝对和对流性质的不稳定模式的参数映射跨越的归一化激光矢势和等离子体密度。指出了对超强激光等离子体实验的启示。
2020-03-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Transition from wakefield generation to soliton formation
众所周知，当短激光脉冲在欠密等离子体中传播时，它在脉冲之后以等离子体频率诱导纵向等离子体振荡，通常被称为“尾场”。然而，对于接近临界密度的等离子体密度尾场生成被抑制，而是EM脉冲进行非线性自调制。本文研究了随着等离子体密度的增加，从尾波场产生到准孤子形成的转变。为此，我们已经应用了一维（1D）相对论冷流体模型，这也被比较粒子在细胞模拟。一个关键的结果是，由于尾流场产生的EM脉冲的能量损失有其最大的等离子体密度的顺序为10%的临界密度，但尾流场产生急剧抑制时，密度进一步增加。
2017-12-20 physics.plasm-ph
Bow wave from ultra-intense electromagnetic pulses in plasmas
研究了强激光脉冲在欠密等离子体中传播时产生的头波激发的新效应。由于激光脉冲能量在横向上的扩展，头波引起电子密度的大尺度横向调制。这可以显著地增加尾波的电势，因为尾波在比激光脉冲腰宽得多的区域中产生。
2008-09-26 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Relativistic spherical plasma waves
紧聚焦的激光脉冲在低密度等离子体中发散或会聚时会产生尾波，其局部结构为球面波。在这里，我们报告的理论研究的相对论性球面尾波及其性质，包括波破碎。这些波可能适合作为粒子注入器或飞行镜，既反射又聚焦辐射，从而实现独特的X射线源和非线性QED现象。
2011-01-26 physics.plasm-ph
Generation of high-charge electron beam in a subcritical-density plasma through laser pulse self-trapping
为了最大化在亚临界等离子体中传播的超强激光脉冲加速的高能电子束的电荷，脉冲长度应大于等离子体波长和激光脉冲宽度，这与标准气泡区有很大不同。此外，激光-等离子体参数应选择产生相对论沟道的自陷制度，其中衍射发散由相对论非线性平衡，使得激光束半径在脉冲传播期间在等离子体中在许多瑞利长度上不变。这种自陷机制的条件与在先前的几个模拟研究中以脉冲宽度匹配条件的形式凭经验发现的条件相同。在这里，我们证明了这些发现的亚临界等离子体，其中高能电子的总电荷达到多nC水平，通过优化在3D PIC模拟研究和比较结果与相对论自聚焦的分析理论。一个非常有效的高电荷电子束的明确证明产生开辟了一条道路，以高产量的生产伽马，正电子，和光核粒子。
2019-09-12 physics.plasm-ph
Magnetised Thermal Self-focusing and Filamentation of Long-Pulse Lasers in Plasmas Relevant to Magnetised ICF Experiments
在本文中，我们研究了磁化热导率对纳秒$10^{14} \mathrm{Wcm}^{-2}$激光在欠密等离子体中传输的影响，通过模拟具有完全Braginskii磁化输运系数的等离子体中的傍轴模型激光。理论分析和数值模拟表明，由于等离子体在磁场中的热导率降低，激光束在等离子体中的自聚焦长度缩短。此外，发现通过热机制的激光的取向在磁化等离子体中具有增加的空间生长速率。我们讨论了这些结果对最近的磁化惯性聚变实验的影响，在这些实验中，磁化对激光传播和均匀的激光加热是有害的。我们的结论是外磁场的激光等离子体实验中的应用，需要包括扩展的电子输运条款的激光传播的模拟。
2018-07-18 physics.plasm-ph
Radiation reaction effects on particle dynamics in intense counterpropagating laser pulses
本文用PIC模拟研究对向传播圆偏振激光脉冲中辐射反作用导致电子脱陷并反转离子排出方向的现象，给出参数判据并提出实验验证方案。
2025-10-20 physics.plasm-ph
Quantum backreaction in laser-driven plasma
提出了一种研究激光驱动等离子体中量子效应的新方法。与支持包括量子电动力学效应的粒子细胞代码的建模策略不同，我们的新场论从一开始就包含了多粒子效应。我们的方法是基于经典的双标量场的路径积分量子化，描述了激光脉冲通过欠密等离子体的传播行为。建立在弯曲时空的量子场论的背景下的结果被用来推导出一个非线性，非本地，有效场论，描述了由于量子波动的激光驱动等离子体的演变。作为我们的新理论的第一个应用程序，我们探讨的行为扰动场描述一个均匀的，单色的，激光束通过均匀的等离子体传播。我们的研究结果表明，量子涨落可以发挥显着的作用，由x射线激光脉冲驱动的欠密等离子体的演变。
2020-05-14 hep-th physics.plasm-ph
Enhanced Terahertz Generation via Oblique Incidence of Unipolar Laser Pulses on Plasma
本研究通过s偏振双色混频脉冲（M-pulse）斜入射半无限低密度等离子体，推导新的有质动力表达式捕捉其相位不对称性，实现THz辐射强度和带宽的调谐增强，为优化THz源设计提供新途径。
2025-08-25 physics.plasm-ph
Energy deposition from focused terawatt laser pulses in air undergoing multifilamentation
激光脉冲能量的很大一部分沉积在传播介质中，主要是由于激光的折射作用。我们发现，使用太瓦激光脉冲和空气中相对紧密的聚焦条件，导致一束共同传播的复丝，超过60%的脉冲能量被转移到介质中，最终降解为热量。这导致空气的强烈流体动力学反应，产生冲击波和每个短尺度细丝的相关欠密通道。在聚焦区，细丝彼此靠近，这些离散的通道最终合并形成一个单一的圆柱形低密度管超过$\sim 1 μ\mathrm{s}$的时间尺度。我们测得的最大线性沉积能量大于1 J/m。
2015-10-13 physics.optics physics.plasm-ph
Propagation of ultra-short, resonant, ionizing laser pulses in rubidium vapor
研究了超短激光脉冲在铷原子蒸气中的传输。这些脉冲的强度足以使原子发生共振，并直接与780 nm的$D_2$谱线共振。我们推导出一个相对简单的理论计算原子的非线性光学响应和调查的竞争效应的强共振非线性和电离介质中使用计算机模拟。发现脉冲能量的非线性自沟道产生了完全电离的连续等离子体通道。我们评估的长度，宽度和均匀性所产生的等离子体通道的各种值的脉冲能量和初始聚焦，以确定制度的最佳应用等离子体波加速器设备，如正在建设的AWAKE合作在欧洲核子研究中心。讨论了与激光脉冲在大气中传播的异同。
2019-05-09 physics.optics physics.plasm-ph
Generation and Observation of Coherent, Long--Lived Structures in a Laser--Plasma Channel
在最近的实验中，在相对论强度的激光脉冲与低密度等离子体相互作用，质子照相技术显示的证据长寿命的场结构后产生的自沟道的激光脉冲。我们提出了这种相互作用机制的二维粒子细胞模拟，其中类似结构的动力学已经解决了高的时间和空间分辨率。一个轴对称的场图案，类似于孤子和涡旋结构，已被观察到。目前正在研究这种结构的物理性质，并与实验数据进行比较。
2007-02-21 physics.plasm-ph
Laser pulse focusing and energetic electron generation by magnetized plasma lens
本文利用OSIRIS 4.0平台进行2维PIC模拟，证明浸没于非均匀磁场的成形欠密等离子体靶能有效聚焦激光，并在合适位置设置ECR层可产生高能电子束。
2025-06-29 physics.optics physics.plasm-ph
Particle-in-Cell Simulations of Density Peak Formation and Ion Acceleration from Short Pulse Laser-Driven Ponderomotive Steepening
我们使用粒子模拟（PIC）和简单的分析模型来研究被称为有质动力陡峭化的激光-等离子体相互作用。当垂直入射的激光在等离子体的临界表面反射时，所产生的驻波电磁波通过有质动力修改电子密度分布，这在电子密度中产生由大约一半的激光波长分离的峰值。研究较少的是这种电荷不平衡如何加速离子朝向电子密度峰值，从而修改等离子体的离子密度分布。理想化的PIC模拟与一个扩展的欠密等离子体货架被用来隔离的离子密度峰值增长的动力学为42 fs脉冲从800 nm的激光强度为10 $^{18}$ W cm $^{-2}$。这些模拟表现出持续的纵向电场为200 GV m $^{-1}$，产生反蒸汽离子达到几千电子伏的能量人口。我们将这些模拟与理论模型进行比较，并探讨离子能量如何取决于等离子体密度和激光波长，脉冲持续时间和强度等因素。我们还提供了纵向电场的强度和密度峰值发展的近似时间尺度的关系。这些结论可能是有用的调查有质动力陡化的现象，在激光技术的进步，允许更短，更强的脉冲，在各种波长的产生。本文还讨论了这一结果与其他研究两个反向传播激光脉冲干涉的工作的相似之处。
2019-05-02 physics.plasm-ph
Electromagnetic Burst Generation during Annihilation of Magnetic Field in Relativistic Laser-Plasma Interaction
本文对超相对论极限下无碰撞等离子体中磁场湮灭过程中电流片的形成和演化进行了三维动力学模拟和理论研究。两束激光脉冲与低密度等离子体靶相互作用产生的反向磁场的湮灭伴随着电磁爆发的产生。感应的强非稳态纵向电场加速电流片中的带电粒子。在带电粒子加速和γ闪光产生的天体物理实验室建模的背景下，讨论了激光等离子体靶配置的属性。
2019-03-22 physics.plasm-ph
Highly-efficient electron ponderomotive acceleration in underdense plasmas
本文研究欠稠密等离子体中以提高束流平均电流为目标的激光等离子体加速机制，实验实现5-30 nC电荷和约14%转换效率，并通过粒子模拟证明电子主要通过激光脉冲的有质动力加速获得能量。
2024-08-01 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Anisotropic heating and magnetic field generation due to Raman scattering in laser-plasma interactions
我们确定了一种机制，磁场产生的强烈电磁波和欠密等离子体的相互作用。我们表明，拉曼散射等离子体波陷阱和加热的电子优先在其传播方向，导致温度各向异性。在激光脉冲的轨迹中，我们观察到磁场的增长，由于温度各向异性，符合韦伯机制。我们讨论了初始电子温度在我们的结果中的作用。多维粒子模拟证实了预测。我们展示了这种配置是如何研究韦伯不稳定性的长期演变的实验平台。
2021-04-14 physics.plasm-ph
Magnetic field generation in plasma waves driven by co-propagating intense twisted lasers
提出了一种新的低密度等离子体中磁场产生机制，该机制是由两束不同频率和不同扭曲指数的拉盖尔-高斯（LG）轨道角动量（OAM）激光脉冲的拍频驱动的.由此产生的扭曲有质动力驱动电子等离子体波与螺旋旋转结构。二阶，有一个非线性的旋转电流，导致一个强烈的，静态的轴向磁场，它持续了很长一段时间后，激光脉冲通过等离子体（ps尺度）的发病。在三维粒子模拟和理论分析中证实了这一结果。对于持续时间为300 fs，峰值激光强度为3.8 × 10^17 W/cm ^2的情况，我们观察到高达0.4 MG的磁场。这种产生磁场的新方法可能在带电束准直和受控聚变中找到应用。
2018-10-01 physics.plasm-ph
Characterization and Application of Hard X-Ray Betatron Radiation Generated by Relativistic Electrons from a Laser-Wakefield Accelerator
与传统的加速器相比，需要具有更高亮度、更短波长和更短脉冲持续时间的紧凑的台式X射线源，这导致了基于激光等离子体加速器的互补源的发展。短脉冲激光与欠密等离子体的相对论相互作用导致电子加速，从而发射空间相干辐射，这在文献中称为电子感应加速器辐射。在这篇文章中，我们报告了我们最近的结果，在迅速发展的领域的二次X射线辐射产生的高能电子脉冲。电子感应加速器辐射的特点是一个新的设置，允许测量能量，空间能量分布在远场的光束和源的大小在一个单一的激光射击。此外，测量每次激光照射的偏振状态。通过这种方式，发射的电子感应加速器X射线可以用作非侵入性诊断工具，以检索等离子体波内的电子动力学的非常微妙的信息。在实验的同时，进行了三维粒子模拟，模拟结果与实验结果吻合较好。
2015-03-25 physics.plasm-ph
Attenuation of waveguide modes in narrow metal capillaries
激光脉冲在填充稀有等离子体的波导中的沟道效应是激光尾波场加速的一种很有前途的技术。固态毛细管可以精确地引导紧密聚焦的脉冲。无论毛细管的材料如何，其壁在高强度激光脉冲的影响下表现得像等离子体。因此，毛细管中的波导模式具有通用结构，其仅取决于横截面的形状。由于毛细管半径与激光波长的比值很大，圆形毛细管中的模式不同于经典的TE和TM模式。这种模式的衰减长度是两个数量级以上的经典公式得到的，和适当半径的入射脉冲可以转移高达98%的初始能量的基模。然而，在任意截面的毛细管中寻找本征模是一个复杂的数学问题，仍然有待解决。
2020-07-14 physics.class-ph physics.plasm-ph
Single-laser scheme for reaching strong field QED regime via direct laser acceleration
GoLP/Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa（里斯本大学高等技术学院等离子体与核聚变研究所）；Institute of Plasma Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院等离子体物理研究所）
单束激光方案通过直接激光加速和反射激光场相互作用，实现强场QED效应的实验探测。
2026-01-21 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
A global simulation for laser driven MeV electrons in $50μm$-diameter fast ignition targets
本文采用2.5维粒子模拟方法，对皮秒激光脉冲与直径为50- $μm$、临界密度为40的等离子体小球相互作用进行了数值模拟。高密度小球被低密度电晕包围，并通过真空区域与模拟箱边界隔离。激光脉冲被示出为细丝，并在激光-等离子体界面上产生密度通道。密度通道增加了激光吸收效率，并有助于产生具有大角度扩展的高能电子分布。前向高能电子和感应返回电子的组合分布对电流丝不稳定性来说是边缘不稳定的。离子在中和由不同电子基团之间的温度差异引起的空间电荷中起重要作用。没有全球合并的电流丝导致的不稳定性观察，与观察到的高能电子的大角度扩展。
2006-01-25 physics.plasm-ph
Recoil Effects on Reflection from Relativistic Mirrors in Laser Plasmas
利用强激光脉冲在低密度等离子体中激发的强非线性朗缪尔波可以实现相对论反射镜。在从相对论镜反射时，入射光影响镜的运动。相应的反冲效应进行了研究分析和粒子在细胞模拟。研究发现，当入射电磁波的能量密度超过一定阈值时，相对论镜发生明显的反反应，分裂成多层电子层。得到了相对论反射镜的反射系数以及电场放大和电磁波频移的因子。
2019-12-25 physics.plasm-ph
Optimisation of Thin Plastic Foil Targets for Production of Laser-Generated Protons in the GeV Range
本研究通过结合流体动力学模拟与粒子模拟，详细分析了飞秒激光与纳米厚度靶的相互作用机制，预测了不同激光功率下质子能量可达GeV量级，为薄塑料箔靶的优化提供了理论依据。
2019-08-14 physics.plasm-ph
