Enhanced proton acceleration in an applied longitudinal magnetic field
使用二维粒子模拟，我们研究了如何外部施加强磁场的影响质子加速在激光照射的固体密度目标。我们发现，一个kT级的外部磁场可以充分抑制超热电子的横向输运在一个平坦的激光照射的目标。虽然激光加热的电子基本上不受影响，但质子加速过程中电子输运的减少导致最大质子能量和高能质子总数的增加。与不施加kT级磁场产生的束相比，所产生的质子束被更好地准直。磁场的另一个作用是将激光能量转换成多MeV质子的效率提高三倍。所需的kT的磁场变得可行，由于在产生磁场与激光驱动线圈使用ns-长的激光脉冲已经取得了重大进展。预测的激光驱动质子束的改进特性对于许多应用将是至关重要的。
2016-07-07 physics.plasm-ph
Polarized proton acceleration in ultra-intense laser interaction with near critical density plasmas
采用三维粒子模拟方法研究了超强激光与靶相互作用中多GeV能量极化质子束的产生。考虑了质子加速的近临界密度等离子体靶，靶中含有预极化的质子和氚离子。预极化质子在注入前首先被激光辐射压力加速，然后在气泡状尾流场中进一步加速。通过T-BMT方程跟踪质子极化的时间动力学，发现质子极化状态可以被激光场和尾流场的磁分量改变。的质子加速和极化的离子种类的比率的依赖关系被确定，并且它被发现，质子可以被有效地加速，只要它们的相对分数是小于20%，在这种情况下，气泡的大小是足够大的质子，以获得足够的能量，以克服气泡注入阈值。
2021-03-26 physics.plasm-ph
Transient electric fields in laser plasmas observed by proton streak deflectometry
一种新的质子成像技术的应用，它允许连续的时间记录的电场在几纳秒的时间窗口。这种“质子条纹偏折法”被用来研究强激光（~ 10^17 W/cm ^2）辐照箔的瞬态电场。我们发现，这些绝对峰值高达10^8 V/m的场在毫米级横向延伸，并在纳秒级持续时间内衰减。因此，它们比（~ ps）激光激发持续更长时间，并且远远超出激光照射焦点。
2008-01-25 physics.plasm-ph
Enhanced proton acceleration from near-critical density targets employing intense lasers with mixed polarization
本研究提出将激光拆分为线偏振与圆偏振组合的方案，通过冲击波与钻孔效应联合加速近临界密度靶质子，2D-PIC模拟显示质子能量提升近两倍，并明确了该加速机制占优的靶参数范围。
2023-05-18 physics.plasm-ph
Not-so-efficient proton acceleration by an intense laser pulse obliquely incident on a structured target
针对微结构化靶下斜入射激光对质子/离子能谱影响不明的问题，通过二维PIC模拟发现，前表面带微米级凹槽或周期性凹槽的靶在激光斜入射时，质子/离子截止能量反而降低。
2023-11-09 physics.plasm-ph
Effects of oblique incidence and colliding pulses on laser-driven proton acceleration from relativistically transparent ultrathin targets
固体薄膜的使用为加速激光-物质相互作用产生的质子提供了最佳条件。当靶足够薄以至于产生相对论性自诱导透明（RSIT）时，所有靶电子都被激光加热到高能量，这使加速电场最大化，从而使最终离子能量最大化。在这项工作中，我们首先研究了如何在透明CH $_2$固体箔的超强飞秒激光脉冲加速离子时，从正常转向倾斜（$45^\circ$）入射修改。由于较强的电子加热，我们发现，更高的质子能量可以获得斜入射，但在薄的最佳目标。然后，我们表明，质子加速可以进一步提高分裂成两个半脉冲的激光脉冲在相反的入射角聚焦。增加$\sim 30\,\%$的最大质子能量和$\sim 4$的高能量质子电荷的一个因素相比，一个单一的正常入射脉冲的参考情况。
2020-04-02 physics.plasm-ph
160 MeV laser-accelerated protons from CH2 nano-targets for proton cancer therapy
质子（和离子）癌症治疗已被证明是一种非常有效的治疗某些肿瘤的方法1-4。然而，一个主要的问题在于粒子加速器设施的成本;高昂的采购成本严重限制了离子放射治疗的可用性，全世界只有~26个中心。此外，高昂的运营成本往往阻碍了在没有国家补贴的情况下的经济运行，并导致现有设施的关闭。激光加速质子和离子束长期以来一直被认为是摆脱这种困境的一种方法，有可能以更低的成本和更小的设施占地面积提供所需的离子束7-14。最大的挑战是实现足够的粒子能量用于治疗，在150-250 MeV范围内的质子15，16。在过去的十年中，最大的实验观察到的激光加速质子的能量一直保持在~60 MeV 17。在这里，我们的激光加速质子的能量超过150兆电子伏，达到治疗窗口的实验演示。这是通过不同的加速机制而不是更大的激光器来实现的，特别是在相对论透明机制中具有CH 2纳米靶的150 TW激光器18，19。我们还展示了一个明确的比例定律与激光强度的基础上分析理论，计算机模拟和实验验证，将使设计的原型系统跨越整个范围的治疗所需的能量。
2013-10-31 physics.plasm-ph
Laser-plasma proton acceleration with a combined gas-foil target
采用新型气膜靶研究了靶法向鞘层加速（TNSA）机制下的激光等离子体质子加速。靶的设计是为了达到更高的激光强度在箔平面由于相对论自聚焦和气体层中的脉冲的自压缩。数值3D粒子模拟（PIC）被用来研究脉冲在气体中的传播，峰值强度增加了近7倍。在实验中，最大质子能量显示出对激光通过气体的能量传输的高度依赖性，对脉冲的大小和形状的依赖性较小。在高气体密度下，激光能量耗尽和脉冲畸变抑制了质子能量。在低密度下，观察到自聚焦，并且用气体测量到相当或更高的质子能量。
2020-07-28 physics.plasm-ph
Laser acceleration of protons from near critical density targets for application to radiation therapy
激光加速质子可以作为现有强子治疗设备的补充源，用于治疗肿瘤疾病。我们演示了如何质子，加速从近临界密度等离子体的激光脉冲具有相对较小的功率，达到的能量，这可能是感兴趣的医疗应用。当强激光脉冲与近临界密度等离子体相互作用时，在等离子体中形成了一个电子通道，进而在等离子体中形成了一个离子通道。激光脉冲通过这种自生通道的传播与激光脉冲尾流中电子的加速以及传播通道中强移动电场和磁场的产生有关。在离开等离子体时，磁场产生准静态电场，该准静态电场加速并准直来自在传播通道中形成的细丝的离子。二维Particle-in-Cell模拟表明，紧紧聚焦在近临界密度靶上的100 TW激光脉冲能够将质子加速到250 MeV的能量。在考虑激光脉冲能量损耗的情况下，建立了质子加速的标度律和最佳条件。
2010-07-22 physics.plasm-ph
Collimated protons accelerated from an overdense gas jet irradiated by a 1 micron wavelength high-intensity short-pulse laser
我们研究了近临界密度氢气射流靶在波长为1.054 μ m的高强度（10^18 W/cm ^2）短脉冲（5 ps）激光辐照下质子的正向加速。我们观察到激光脉冲驱动的冲击加速特征，除了通常使用的电子鞘驱动的质子加速之外，还导致具有小发散度的单能质子束。我们得到的质子能量是适度的（~MeV），但通过调整气体射流密度分布提供了改进的前景。此外，我们观察到，这种机制是非常强大的产生这些光束，因此可以被认为是未来的候选人在激光驱动的离子源驱动的即将到来的下一代多PW近红外激光器。
2017-08-08 physics.plasm-ph
Towards radiation pressure acceleration of protons using linearly polarized ultrashort petawatt laser pulses
利用超强超短激光脉冲加速粒子是相对论激光等离子体研究中最具吸引力的课题之一。我们报告质子/离子加速的强度范围为5x 1019 W/cm 2至3.3x1020 W/cm 2的线性偏振，30 fs，1 PW的激光脉冲照射在10至100 nm厚的聚合物目标。研究了质子能量与强度和靶厚度的关系。实验首次证明，线性偏振光，从目标正常鞘加速到辐射压力加速的过渡，并显示出最大质子能量为45兆电子伏时，10纳米厚的目标是由3.3 × 1020 W/cm 2的激光强度照射。实验结果进一步支持二维和三维粒子细胞模拟。基于推导出的质子能量标度，具有~ 200 MeV能量的质子束在1.5 × 1021 W/cm 2的激光强度下应该是可行的。
2013-04-01 physics.plasm-ph
Acceleration of protons to high energies by an ultra-intense femtosecond laser pulse
该论文报告了质子束加速的二维粒子模拟结果，其中质子束加速是在130 fs激光脉冲与薄碳氢化合物（CH）靶的相互作用下进行的，该激光脉冲的强度范围为10^21-10^23 W/cm ^2，预计用于欧洲目前建造的极光基础设施（ELI）激光器。着重研究了激光脉冲强度和偏振态（线性LP、圆形CP）以及靶厚度对质子能谱、质子束空间分布、质子脉冲形状和强度的影响。结果表明，对于最高的超相对论强度（10^23 W/cm ^2），激光偏振对质子束参数的影响相对较弱，对于两种偏振，从0.1微米CH靶产生的准单能质子束的平均质子能量约为2 GeV，LP的dE/E=0.3，CP的dE/E=0.2。在离被照射靶很近的地方（小于50微米），质子脉冲非常短（小于20 fs），质子束强度达到极高的值，超过10^21 W/cm ^2，这比传统加速器所能达到的要高得多。这种质子束可以为高能量密度物理学和核物理学的新研究领域打开大门，也可以证明在材料研究中的应用是有用的，例如作为高分辨率质子射线照相术的工具。
2017-07-29 physics.plasm-ph
Proton probing measurements of filamentary electromagnetic structure in laser ablation of solids
Laboratory for Laser Energetics, University of Rochester（罗切斯特大学激光能源实验室）
研究通过质子成像和4w探针探测激光体固相发射中的纤维状电磁结构，发现其生长由激光能量和靶Z主导，二次不稳定性驱动这些场。
2026-05-11 physics.plasm-ph
Nm-sized cryogenic hydrogen clusters for a laser-driven proton source
研制了一种用于激光等离子体相互作用研究的连续低温氢团簇射流靶，特别是作为质子加速源。团簇喷射靶的主要优点是与脉冲高重复率激光兼容，而且没有碎片。集群射流目标的特点是使用米氏散射技术，允许确定集群的大小，并将其与经验预测。此外，估计的集群束密度进行。该系统是在高功率激光系统ARCTURUS上实现的，首次成功的测量显示了在重复频率为5赫兹的高强度激光脉冲照射后质子的加速。
2018-10-31 physics.plasm-ph
Imprint of the stochastic nature of photon emission by electrons on the proton energy spectra in the laser-plasma interaction
在量子辐射占优的情况下，研究了光子发射的随机性效应对激光等离子体相互作用中质子能谱的影响，为实验观测光子发射的随机性效应提供了理论依据.我们通过二维粒子模拟计算光子发射量子力学和等离子体动力学半经典。由超强激光脉冲产生和驱动的超相对论等离子体与另一强激光脉冲正面碰撞，由于辐射反应效应，电子减速，由于电荷分离力，导致质子能谱显著压缩。在所考虑的制度的SE证明在移动的平均能量的质子高达数百兆电子伏。这种效应相对于激光和目标参数是鲁棒的，并且可以在很快可用的强激光设施中测量。
2019-04-19 physics.plasm-ph
Acceleration of spin-polarized proton beams via two parallel laser pulses
我们提出了一个高度极化质子束的设置使用两个平行的传播激光脉冲，具有载波包络相位差为$π$。这种机制是利用粒子在细胞模拟和比较，通常用于磁涡流加速的单脉冲设置。我们发现，使用的双脉冲设置允许的峰值能量为124兆电子伏和良好的角扩展的两个脉冲与归一化的激光矢量势$a_0 = 100$。与单脉冲相比，我们进一步观察到加速束团的更高偏振。
2022-08-17 physics.plasm-ph
Enhanced Proton Acceleration via Petawatt Laguerre-Gaussian Lasers
本文提出利用单个拍瓦级拉盖尔-高斯激光照射平面靶实现准直质子加速，较高斯激光方案质子能量提升60%至35 MeV，为高重复率质子束应用提供新途径。
2025-01-22 physics.plasm-ph
Enhanced MVA of Polarized Proton Beams via PW Laser-Driven Plasma Bubble
提出利用激光驱动等离子体泡增强磁涡旋加速的方法，从预极化卤化氢气体喷流中产生极化质子束，在数拍瓦激光下可生成数百MeV、数百pC且极化度达数十个百分比的单能质子束。
2025-03-13 physics.plasm-ph
Laser ion acceleration from concave targets by subpicosecond pulses
Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；Focused Energy Inc.（聚焦能源公司）；Department of Astrophysical Sciences, Princeton University（普林顿大学天体科学系）；University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；University of York（约克大学）
研究通过亚皮秒脉冲从凹形靶加速质子，发现目标正常鞘层加速为主导机制，质子聚焦尺寸和位置与半径线性相关，凹形靶开口角影响质子束腰。
2026-03-25 physics.plasm-ph
PIC simulations of laser-induced proton acceleration by resonant nanoantennas for fusion
本研究通过PIC模拟发现，在氢富集聚合物靶中植入与激光共振的纳米天线，可诱导集体质子加速至多MeV能量，从而在30 mJ脉冲下实现聚变反应。
2024-04-22 physics.plasm-ph
New frontier of laser particle acceleration: driving protons to 93 MeV by radiation pressure
带电粒子的辐射压加速一直是激光粒子加速中的一个难题。激光驱动的质子/离子加速由于其潜在的物理和应用潜力，如高能量密度物理，超快射线照相术和癌症治疗，吸引了相当大的兴趣。克服最大挑战的关键问题之一是使用有效的加速机制产生高能质子。辐射压力对质子的加速比传统的由膨胀热电子驱动的靶法向鞘层加速有效得多。在这里，我们报告的93-MeV质子束的产生，实现了通过施加30 fs的圆偏振激光脉冲与强度为6.1 × 1020 W/cm 2的质子靶。从获得的最佳目标厚度，二次能量标度，偏振依赖性，和3D-PIC模拟的辐射压力加速确认。我们希望这种快速的能量缩放，以促进实现激光驱动的质子/离子源提供稳定和短的粒子束的实际应用。
2015-05-22 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
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
Real-time Electron Solvation Induced by Bursts of Laser-accelerated Protons in Liquid Water
了解质子能量在物质中的沉积和随后的损伤形成的机制是辐射科学的基础。在这里，我们利用皮秒（10^-12 s）分辨率的激光驱动加速器来跟踪超快溶剂化动力学的电子由于质子辐解在液态水（H2O）。将这些结果与假设与光解中发现的初始条件类似的模型进行比较，揭示了质子引起的溶剂化时间延长了> 20 ps。磁流体动力学理论的支持下，这表明一个高度动态的阶段，在质子相互作用的直接后果，是不占在目前的模型。
2021-07-14 physics.plasm-ph
Laser-driven collimated tens-GeV monoenergetic protons from mass-limited target plus preformed channel
研究了超强激光脉冲辐照截面小于光斑尺寸的抛物型密度通道靶对质子的加速。靶将激光分成两个平行的传播部分，这两个部分沿着它们的路径对背面等离子体电子进行雪犁，从而在它们之间的间隙中产生两个相邻的平行尾流和强烈的返回电流。被捕获在尾流场中的辐射压力预加速的靶质子现在经受准静态尾流静电场和磁场的加速以及准直。粒子模拟结果表明，在9.8 *10^21 W/cm 2的圆偏振激光脉冲作用下，可以实现稳定的长距离加速，产生峰值能量> 10 GeV、发散角<2 °的30 fs单能离子束。
2011-12-08 physics.plasm-ph
Intensity and Dimensionality-Dependent Dynamics of Laser-Proton Acceleration in 1D, 2D, and 3D Particle-in-Cell Simulations
本研究发现在高强度激光质子加速建模中，模拟维度与激光强度在加速各阶段均存在交互作用，且更高强度下不同维度模拟预测差异增大，凸显了3D PIC模拟对下一代激光实验定量预测的重要性。
2024-08-19 physics.plasm-ph
Multi-Cascade Proton Acceleration by Superintense Laser Pulse in the Regime of Relativistically Induced Slab Transparency
提出了$10^{21}-10^{22}$ W/cm $^2$激光脉冲与结构靶相互作用中的多级质子加速机制。该机制是基于激光有质动力作用下的电子电荷位移和相对论诱导的板透明效应，从而实现多级联加速的想法。结果表明，一个目标，包括几个适当间隔开的薄箔可以优化加速过程，并在输出准单能质子束的能量高达数百兆电子伏的能量扩展只有百分之几。
2008-10-22 physics.plasm-ph
Bunched proton acceleration from a laser-irradiated cone target
激光驱动离子加速技术是一种紧凑型高能离子源技术。目前，在有待解决的各种物理和技术问题中，离子能量的提升和能量扩散的减小代表了该技术的关键挑战。在这里，我们提出了一个方案，以解决这些挑战，使用一百太瓦级的激光脉冲照射锥形目标。三维粒子模拟表明，大量的电子被拖出锥壁，并被锥内的激光场加速到数百MeV。当这些高能密集电子束通过锥形靶尖进入真空时，迅速形成高达数十TV/m的极高聚束加速场。质子被加速，同时聚束由这个领域，导致准单能质子束与百兆电子伏的能量和低能量扩散~ 2%。探索的结果与激光和目标参数的质子束能量的标度，表明该计划是强大的。这为紧凑型高能质子源从基础研究到生物医学应用开辟了新的途径。
2022-07-16 physics.plasm-ph
Laser-plasma accelerated protons: energy increase in gas-mixtures using high mass number atomic species
利用二维粒子模拟方法研究了在激光等离子体加速过程中，利用高质量数原子的混合气体来提高质子能量的问题。比较和讨论的情况下，一个纯的氢等离子体，和等离子体含有较高的质量数物种与一个小的百分比的氢，我们证明了混合物增强加速质子的能量。我们还表明，使用气体混合物引入了使用密度比来改变物种的相对加速度的可能性。
2019-06-22 physics.plasm-ph
Geometric scaling of laser-driven proton focusing from hemispherical foils
Princeton University（普林斯顿大学）；Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）；Focused Energy Inc.（Focused Energy 公司）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；University of Texas, Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Focused Energy GmbH（Focused Energy 有限公司）
研究通过网格放射成像揭示了激光驱动质子束从不同直径半球形靶材聚焦行为的几何缩放特性，发现最小半球的焦点接近几何中心，而较大半球则表现出类似平面箔的聚焦退化，同时推断出一个紧密的虚拟焦点。
2025-10-21 physics.plasm-ph
Hollow microspheres as targets for staged laser-driven proton acceleration
介绍了一种用于超强激光与物质相互作用实验的新型靶--空心微球。特别是，它有利于通过结合传统的目标正常鞘层加速（TNSA），热横向扩散电子的功率再循环和在一个非常简单和便宜的目标几何分级激光驱动的质子加速。在来自球体表面的一个区域的质子的TNSA期间，横向扩散的热电子形成电荷波。由于球形几何形状，该波重新聚焦在球体的相对侧上，其中开口已被激光微加工。这导致在那里建立了一个强大的瞬态电荷分离场，它可以在正确的时间后加速那些通过空穴的TNSA质子。实验证明了使用这种靶的可行性。一个再分配遇到的实验质子能谱，预测的粒子在细胞模拟和归因于瞬态场设置的振荡电流在球体表面上。
2011-02-01 physics.plasm-ph
Enhanced laser-driven proton acceleration via improved fast electron heating in a controlled pre-plasma
超强激光脉冲与固体的相互作用在很大程度上受到真空-固体界面处的等离子体梯度的影响，该等离子体梯度改变了吸收并最终控制了加热电子的能量分布函数。一个微米尺度长度的等离子体已被预测产生一个显着的增强的能量和重量的快速电子人口和发挥主要作用，在激光驱动的质子加速与薄箔。本文报道了最近在超相对论强度下激光与箔靶相互作用加速质子的实验结果。我们发现，当用低能量飞秒预脉冲辐照引入微米尺度长度的预等离子体时，质子截止能量增加了三倍。我们的现实的数值模拟同意所观察到的质子截止能量的增益，并确认随机加热的快速电子的加速鞘场的增强的作用。
2021-06-01 physics.plasm-ph
Impact of Residual Angular Chirp in a Petawatt-class Laser System on Laser-driven Proton Acceleration
State Key Laboratory of Nuclear Physics and Technology, School of Physics, Peking University（北京大学物理学院核物理与技术国家重点实验室）
研究拍瓦级激光系统中残余角啁啾对质子加速的影响，通过原位光谱阻挡诊断消除其不利影响，恢复近衍射极限聚焦，使质子截止能量提高两倍，成功演示诊断和消除残余角啁啾，为高能质子束应用提供参考。
2026-07-15 physics.plasm-ph
5.5-7.5 MeV Proton generation by a moderate intensity ultra-short laser interaction with H2O nano-wire targets
我们报道了中等强度短脉冲激光（4.5 \times 1017 W/cm ^2，50 fsec）与沉积在蓝宝石衬底上的水纳米线（雪）相互作用产生的第一代5.5-7.5 MeV质子。在这种设置中，激光强度通过雪纳米线的尖端局部增强，从而导致高空间梯度。因此，尖端附近的等离子体受到增强的有质动力势，并获得受限的电荷分离。极高强度的静电场在短尺度长度上产生，质子被加速到MeV级能量。
2010-12-27 physics.plasm-ph
Enhancement on Laser Intensity and Proton Acceleration Using Micro-tube Plasma Lens Targets
提出了一种用于增强和操纵激光等离子体相互作用的空心圆柱形微米尺度结构。通过三维粒子模拟表明，入射激光脉冲强度在管内增强。对强化的详细研究优化了管尺寸，并提供了管内强度的表征。通过将微管等离子体透镜耦合到传统的平坦界面，我们显示出在靶强度的增加。我们详细的质子能量增强作为一个潜在的应用微管等离子体透镜目标，其中管结构的作用，以集中的光，并提供额外的电子，提高加速鞘场。
2016-03-17 physics.plasm-ph
Proton Acceleration in a Laser-induced Relativistic Electron Vortex
我们表明，当一个固体等离子体箔的前表面上的密度梯度是由一个强的激光脉冲在掠射角照射，约80度，相对论电子涡被激发在近临界密度层后的激光脉冲耗尽。涡结构和动力学研究使用粒子在细胞模拟。由于不均匀的背景密度引入的不对称性，涡旋以恒定的速度漂移，通常是光速的0.2至0.3倍。涡旋内部的强磁场导致显著的电荷分离;在相应的电场中，最初静止的质子可以被捕获并加速到涡旋速度的两倍（100 - 200 MeV）。我们讨论了一个典型的情况--激光强度为10^21 W/cm ^2--：二维模拟表明，可以获得平均能量为140 MeV、能量扩展约为10%的准单能质子束。我们推导出一个分析估计的涡旋速度的激光和等离子体参数，表明最大的质子能量可以控制的入射角的激光和等离子体密度梯度。
2019-07-17 physics.plasm-ph
Proton energy behavior by variation of the target density in laser acceleration
利用三维和二维粒子模拟方法研究了激光脉冲辐照薄圆盘靶的离子加速问题。将强度为$5\times 10^{21}$ W/cm $^{2}$且持续时间为$27$ fs的$620$ TW激光脉冲照射在双层靶上。通过改变离子密度来执行模拟，即，第一层的电子密度。结果表明，在碳等“轻”材料构成的第一层中，质子能量在一定密度下发生跳跃，即在一定密度以上，靶的库仑爆炸和辐射压加速有效地起作用。此外，即使在相同的电子密度下，激光脉冲从第一层的反射对于“轻”材料来说也是小的。
2017-04-28 physics.plasm-ph
Enhanced electron injection for efficient proton acceleration and neutron production in femtosecond laser-driven nano-structured targets
State Key Laboratory of Ultra-intense laser Science and Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences (CAS)（中国科学院上海光学精密机械研究所强激光科学和技术国家重点实验室）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences (CAS)（中国科学院上海应用物理研究所）；Key Laboratory of Nuclear Physics and Ion-beam Application (MOE), Institute of Modern Physics, Fudan University（复旦大学现代物理研究所核物理与离子束应用教育部重点实验室）；Department of Physics, Shanghai Normal University（上海师范大学物理学系）
本研究通过纳米线阵列靶增强电子注入，显著提升了激光驱动的质子加速和中子产生效率，实验显示质子能量达62.8 MeV，能量转换效率比平面箔高3.5倍，中子产量达1.1*10^10。
2026-04-04 physics.plasm-ph
Proton beams with controlled divergence and concentrated energy in TNSA regime by USUI laser pulse interaction with a tailored hole-target
利用超短超强（USUI）激光脉冲在靶法向鞘层加速（TNSA）区与孔靶相互作用，研究了一种改进的加速方案，以产生发散角可控、能量密度集中的质子。二维空间和三维速度粒子模拟结果表明，孔靶的剪裁有助于鞘层电场的整形，并在孔内壁产生一个横向准静态电场$TV/m$.横向电场有效地抑制了质子束的横向膨胀，因为它倾向于迫使产生的质子向内聚焦到中心轴，从而与单个普通靶相比，导致受控的发散和集中的能量密度。详细研究了质子束发散角和能量特性与孔深的关系。给出了依赖于入射激光的$a_{0}$的孔深范围的粗略估计。
2015-02-22 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
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
Laser-to-proton energy transfer efficiency in laser-plasma interactions
结果表明，在激光与物质相互作用实验中，通过将入射激光脉冲分成多个等强度的相互作用阶段，可以显著提高加速质子的能量。从热力学的角度来看，分裂过程可以被看作是一种有效的方式，增加从激光到质子的能量转移的效率，其峰值的过程具有最小量的熵增益。据预测，它应该是可能的，以实现$\apprge 100%$增加的能量效率相比，一个单一的激光靶相互作用方案的六级激光质子加速器。
2008-06-10 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
Control of energy distribution of the proton beam with an oblique incidence of the laser pulse
利用三维粒子模拟方法研究了激光脉冲斜入射双层靶对质子的加速作用。结果表明，质子束能散随激光照射位置的变化而变化，在某一位置处达到最小值。这提供了一种控制质子能谱的方法。我们表明，通过适当地调整第二质子层的大小和位置，可以获得具有小得多的能量扩展的高能质子。
2009-01-07 physics.acc-ph 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
Dense monoenergetic proton beams from chirped laser-plasma interaction
分别用解析方法和粒子模拟方法研究了频率啁啾激光脉冲与单个质子和氢等离子体的相互作用。证明了产生超强（每束10^7个粒子）和相空间准直质子束（能量扩散约1%）的可行性。质子和激光场的相位同步，由激光脉冲的适当啁啾保证，使粒子能够从强度为10^21 W/cm ^2的最先进激光系统中获得足够的动能（约250 MeV），这是强子癌症治疗等应用所需的。
2011-10-27 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Spin polarized proton beam generation from gas-jet targets by intense laser pulses
提出了一种利用多拍瓦激光器从气体射流中产生自旋极化质子束的方法。利用现有的由光解卤化氢分子产生预极化单原子气体的技术和拍瓦激光器，可以获得能量约为50 MeV、极化度约为80%的质子束。本文采用完全自洽的三维粒子模拟方法，对质子的两级加速和自旋动力学进行了理论研究。我们的结果预测的光束偏振的驱动激光脉冲的强度的依赖关系。明亮的高能极化质子束的产生将打开一个领域的偏振研究与激光驱动的加速器，并有潜在的应用，使有效的探测量子色动力学的探索。
2020-07-24 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Ultimate plasma wakefield acceleration with 400 GeV proton driver
发现了一种新的质子驱动等离子体尾场加速机制，即等离子体非线性使激发波相速度比质子相速度大。如果束电荷比激发非线性波所需的最小值大得多，则在选择纵向等离子体密度分布以使波速度接近光速方面有足够的自由度。这使得电子或正电子可以用400 GeV的质子驱动器加速到大约200 GeV。
2021-05-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Enhancement of electron energy to multi-GeV regime by a dual-stage laser-wakefield accelerator pumped by petawatt laser pulses
激光尾流场加速提供了一个紧凑的电子加速器的承诺，用于产生多GeV的电子束使用由强激光脉冲引起的巨大的场梯度，相比于传统的射频加速器。然而，来自激光尾场加速器的电子束的能量和质量受到驱动激光脉冲的功率和靶介质中的相互作用性质的限制。近年来，随着激光技术的发展，人们已经实现了拍瓦级飞秒激光器，这为激光尾波场加速的研究提供了新的可能性。在这里，我们提出了一个显着增加激光驱动的电子能量的多GeV的水平，利用30 fs，1 PW激光系统。特别是，一个双阶段的激光尾场加速计划（注入器和加速器计划）被施加到提升电子能量超过3 GeV与一个单一的PW激光脉冲。三维粒子模拟证实了PW激光脉冲驱动的双级激光尾场加速器产生的多GeV电子。
2013-09-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Double-relativistic-electron-shell laser proton acceleration
提出了一种新的由两个相对论电子层、一个超热电子层和一个热电子云组成的激光质子加速结构，其中a为归一化激光场，$a\gtrapprox80σ_0$为归一化等离子体面密度.在新的区域内，对$a=39.5$获得了几GeV的均匀能量分布和几百MeV的单能质子束流。第一相对论电子层在整个过程中对入射激光脉冲保持不透明。用该装置产生了能量为几百MeV、电荷为几百pC的单能电子束。提出了相对论激光粒子加速的搅拌解。
2011-12-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Optimization of laser-driven proton acceleration in a near-critical-density plasma
State Key Laboratory of Nuclear Physics and Technology, and Key Laboratory of HEDP of the Ministry of Education, CAPT, School of Physics, Peking University（北京大学物理学院，核物理与技术国家重点实验室，教育部高能量密度物理重点实验室，CAPT）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）；Institute of Modern Physics, Fudan University（复旦大学现代物理研究所）；Hunan Provincial Key Laboratory of High-Energy Scale Physics and Applications, School of Physics and Electronics, Hunan University（湖南大学物理与电子学院，高能标物理与应用湖南省重点实验室）；Beijing Laser Acceleration Innovation Center（北京激光加速创新中心）
通过粒子-细胞模拟和理论建模，发现减小焦点斑点尺寸可提升质子能量，同时优化等离子体密度分布进一步提高质子加速能量，为医疗和科学应用提供低激光能量需求方案。
2026-04-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Analytical estimates of proton acceleration in laser-produced turbulent plasmas
随着高功率激光器的出现，为在实验室中模拟天体物理过程开辟了新的机会。我们表明，二阶费米加速可以直接调查在国家点火设施，利弗莫尔。这需要测量由激光产生的湍流等离子体内产生的3 MeV质子的动量空间扩散。处理费米加速作为一个偏置的扩散过程中，我们分析表明，一个可测量的初始质子分布的扩大，然后预期退出等离子体的粒子。
2018-10-17 astro-ph.HE 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
Directed Coulomb explosion effect on proton acceleration by an intense laser pulse from a double-layer target
我们用100太瓦的激光脉冲照射双层靶来研究离子加速。它示出的分析和三维粒子在细胞中的模拟，更高的能量的质子是通过使用具有高的电荷质量比的双层靶的第一层中的材料获得的，因为在这样的材料中发生强烈的库仑爆炸。结果，质子在更长的时间内保持加速。使用最佳条件的目标，它表明，高能量和高质量的质子可以产生。
2011-03-02 physics.acc-ph physics.plasm-ph
