Direct observation of spatio-temporal dynamics of short electron bunches in storage rings
在最近的同步辐射装置中，使用短（皮秒）电子聚束是产生太赫兹相干同步辐射（THz CSR）巨脉冲的有效方法。在这里，我们报告的第一次直接观察这些脉冲形状与几皮秒的分辨率，他们的动态在很长一段时间。因此，我们以非常直接的方式证实了预测两个物理过程之间相互作用的理论。在一个临界聚束电荷下，我们观察到一个训练相同的太赫兹脉冲（宽带太赫兹梳）源于电子聚束的短。在这个阈值以上，很大一部分的发射是由漂移结构，这是通过自发自组织出现。通过使用最近开发的具有高灵敏度的光子时间拉伸探测器，这些具有挑战性的单次太赫兹记录成为可能。实验已在SOLEIL储存环上实现。
2016-07-27 physics.acc-ph
Single-shot electro-optic sampling of coherent transition radiation at the A0 Photoinjector
未来的对撞机应用和目前的高梯度激光等离子体尾场加速器操作与皮秒聚束持续时间放置在聚束分布诊断的时间分辨率的更高的要求。这一需求在过去十年中导致了电光采样领域的重大进步。这些方法允许探测诊断光，如相干跃迁辐射或聚束尾场与亚皮秒时间分辨率。潜在的应用在拍摄到拍摄，非拦截诊断继续追求的对撞机和泵探测实验的现场束流监测。与我们的开发工作与电光成像，我们提出的结果单拍电光采样的相干跃迁辐射从在A0的光电注入器产生的聚束。
2012-05-03 physics.acc-ph
Experiment and simulations of sub-ps electron bunch train generation at Fermilab photoinjectors
最近，在费米实验室A0光电注入器上，利用横向-纵向相空间交换光束线，实验上实现了亚皮秒时间结构的电子束团串的产生。束团训练的时间分布可以很容易地调节，以满足现代加速器束流应用的要求。在本文中，我们报告的A0束流列车实验，并探讨了这种技术的可能扩展到更短的时间尺度在费米实验室SRF加速器测试设施，超导线性电子加速器目前正在建设中的NML大楼。
2012-01-27 physics.acc-ph
Wakefield assisted bunch compression in storage rings
针对储存环中数十皮秒束团限制太赫兹超辐射频谱的问题，本文提出利用无源波纹或介质结构产生的自尾场压缩并整形束团，数值验证了自洽稳态。
2023-04-27 physics.acc-ph
Continuous bunch-by-bunch spectroscopic investigation of the micro-bunching instability
电子加速器和同步加速器可以被操作以由于纵向压缩或子结构化电子聚束而提供短发射脉冲。在阈值电流以上，高电荷密度导致微聚束不稳定性，并在聚束形状上形成亚结构。皮秒长的持续时间的聚束上的这些随时间变化的子结构导致太赫兹频率范围内的相干同步辐射的爆发。因此，该范围内的光谱信息包含关于聚束长度、形状和子结构的有价值的信息。基于KAPTURE读出系统，设计了一台每秒可记录5亿条谱线的4通道单次太赫兹光谱仪。第一次测量的时间分辨光谱的Inovesa Vlasov-Fokker-Planck求解器的模拟结果进行比较。所提出的结果导致更好地理解的爆发动力学，特别是以上的微聚束不稳定性阈值。
2018-10-04 physics.acc-ph
Characterization of Spatiotemporal Overlap of Femtosecond Lasers and Electron Beam With Ce:YAG Screens
本文提出利用Ce:YAG屏幕在电子束照射下的瞬态透射变化实现皮秒激光与亚皮秒电子束的时空重叠，并在30 MeV逆康普顿源上验证了该方法。
2025-04-11 physics.acc-ph
A Method for Ultrashort Electron Pulse Shape-Measurement Using Coherent Synchrotron Radiation
本文讨论了X射线自由电子激光（XFEL）亚皮秒电子束团纵向轮廓的无损测量方法。该方法是基于检测的相干同步辐射（CSR）光谱产生的束流通过一个偶极磁铁系统。这项工作也包含了一个系统的治疗同步辐射理论的基础上的CSR。同步辐射的标准理论使用了几个近似，其适用性限制往往被遗忘：在这里，我们提出了一个系统的讨论这些假设。然后导出并讨论了沿圆弧运动的电子的相干同步辐射的性质。我们还描述了一种有效的和实用的诊断技术的基础上利用电磁波荡器记录到中心锥的相干辐射脉冲的能量。该测量必须用不同的波荡器谐振频率重复多次，以便重建聚束形状因子的模量。从这些数据中的聚束轮廓函数的检索是通过反卷积技术进行的：对于目前的工作，我们利用一个约束反卷积方法。我们用数值例子说明了所提出的方法在TESLA试验设施（TTF）加速器的电子束诊断的潜力。在这里，我们选择，强调，实验旨在测量的强烈非高斯电子束团的轮廓在TTF飞秒模式操作。我们证明了皮秒条纹相机和CSR光谱仪的串联组合可以用于从具有窄的前导峰和长尾的电子聚束中提取形状信息。
2003-03-27 physics.acc-ph
A Field-Enhanced Conduction-Cooled Superconducting Cavity for High-Repetition-Rate Ultrafast Electron Bunch Generation
高重复率亮电子束团源有着广泛的应用。它们可以直接用作电子散射装置中的探针，或者用作在宽范围的电磁波谱上产生辐射的骨干。本文描述了一种小型亚兆电子伏（sub-MeV）电子源装置的研制，该装置能够在MHz重复频率下工作，形成横向发射度小于20 nm的亚皮秒电子聚束。该装置依赖于传导冷却的超导单电池谐振器，其几何形状被改变以增强发射器表面的场。该系统的设计，以适应冷却使用模型a $2$~W在4.2 K脉冲管无制冷剂制冷机。虽然我们专注于光发射电子束的情况下，该计划可以适应其他发射机制。
2020-12-24 physics.acc-ph
Experimental Observation of Energy Modulation in Electron Beams Passing Through Terahertz Dielectric Wakefield Structures
本文报道了在能量啁啾的电子束团通过介质波导时，观察到强尾波场引起的能量调制。这种调制可以有效地转换为空间调制，形成具有0.5 - 1皮秒周期的微聚束，因此能够驱动相干THz辐射。实验结果与理论预测吻合较好。
2012-03-05 physics.acc-ph
Bunch coherence in parametric X-ray radiation
计算了电子束穿过晶体相干发射的参量X射线辐射的振幅。当束团密度以接近于X射线波长的纵向周期调制时，相长多电子干涉使强度增加Nb *| F（K）|其中Nb是聚束中的电子数，F（K）是聚束形状因子，K是指定的波矢量。CPXR可用于测试X射线自由电子激光中的微聚束。
2002-08-05 physics.acc-ph physics.ins-det
Compact femtosecond electron diffractometer with 100 keV electron bunches approaching the single-electron pulse duration limit
我们提出了一个高度紧凑的飞秒电子衍射仪的设计和实施工作在电子能量高达100千电子伏。我们使用多体粒子追踪代码来模拟电子束团通过设置的传播，并计算在样品位置的脉冲持续时间。我们的模拟结果表明，电子束团包含几千个电子每束只有微弱的扩大空间电荷效应，其脉冲持续时间，从而接近一个单电子波包。通过我们紧凑的设置，我们可以在样品上创建包含多达5000个电子的电子束，脉冲持续时间低于100飞秒。我们用衍射仪跟踪钛薄膜中光激发电子向晶格的能量转移。这个过程发生在几百飞秒的时间尺度上，在一皮秒内达到完全平衡状态。
2015-11-27 physics.acc-ph physics.ins-det
Beam Diagnostics in the Advanced Plasma Wakefield Experiment AWAKE
在AWAKE中，自调制质子束团驱动等离子体中的尾流场。最近的实验成功地证明了驱动聚束的自调制以及测试电子的加速的许多方面。接下来的实验将集中在产生一个多GeV的加速电子束，具有低发射度和低能量扩散。该实验需要各种先进的束流诊断来表征皮秒时间尺度上的自调制质子聚束。这些包括光学跃迁辐射和一个条纹相机，用于短时间和长时间尺度的详细成像的自调制和软管，相干跃迁辐射的调制频率测量在100-300 GHz的频率范围和多个荧光屏的核心和晕测量。将给出这些诊断的概述。
2020-12-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
A Multi-Channel THz and Infrared Spectrometer for Femtosecond Electron Bunch Diagnostics by Single-Shot Spectroscopy of Coherent Radiation
自由电子激光（FEL）中所需的高峰值电流是通过将电子聚束纵向压缩到亚皮秒长度来实现的。在本文中，频域诊断方法描述，是能够解决结构的飞秒制度。研制了一种用于太赫兹和红外相干辐射光谱测量的新型真空光谱仪。该光谱仪配备了五个连续的色散光栅和120个并行读出通道;它可以在短波长模式（5 - 44 μ m）或长波长模式（45 - 430 μ m）下工作。快速并行读出允许从单电子聚束相干辐射光谱。在软X射线自由电子激光FLASH上进行的相干跃迁辐射测试表明，该谱仪具有良好的性能。低至几微米的高灵敏度允许研究例如由磁弯道中的微聚束效应引起的短聚束特征。该装置计划在常规自由电子激光运行期间用作在线束团轮廓监测器。
2012-01-29 physics.acc-ph physics.ins-det
Coherent radiation reaction effects in laser-vacuum acceleration of electron bunches
分析了相干增强辐射反应对亚波长电子束团与强激光相互作用中运动的影响。辐射反作用力表现为激光束方向上的辐射压力，与垂直方向上的粘性力相结合。由于电子束团的库仑膨胀，相干辐射反应效应只发生在束团小于波长的初始阶段。结果表明，这个初始阶段可以有可观察到的效果上的束的轨迹。通过将系统缩放到更大的聚束电荷，这些效应可以增加到这样的程度，即它们可以抑制通常在有质动力加速方案中发现的径向不稳定性，从而使激光真空电子聚束加速到GeV能量的全部潜力成为可能。
2010-04-04 physics.acc-ph physics.atm-clus physics.class-ph
A Quantal, Partially Ordered Electron Structure as a Basis for a γFree Electron Laser (γ-FEL)
当一个相当冷的电子束团在强聚焦等离子体通道中以100 GeV/m的典型力进行激光气泡加速时，由于电子之间的相对论纵向排斥力的减小，它将形成部分有序的长电子柱，从而导致长程对关联函数，当能量达到0.5 GeV以上时，在实验室中。在康普顿背散射与第二激光，注入对面的电子聚束，电子聚束将进一步调制与微聚束，并由于其有序的结构将反射相干，穆斯堡尔样，导致γ自由电子激光（γ-FEL）。增加相对论γ因子，量子区变得更占主导地位。我们讨论了γ的标度律。
2012-06-05 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Analytical energy spectra and wake effects for relativistic dielectric laser accelerators
介质激光加速器（DLA）是一个先进的概念，更紧凑的加速器。DLA光栅具有在光学波长范围内的孔径和周期长度。因此，相稳定性和尾场效应对于即将进行的相对论电子实验至关重要。为此，我们提出了一种方法来分析计算能谱与测量比较，以重建注入到DLA光栅结构的相位。了解注入阶段对于校准和解释测量数据都很重要。此外，我们估计的影响，尾场的聚束相干加速在DLA。我们正在计算的能谱影响的纵向尾流的分析描述数值计算和偏心注入电子束的横向踢的估计。
2019-11-19 physics.acc-ph
Simulation of the impact of an additional corrugated structure impedance on the bursting dynamics in an electron storage ring
针对低动量压缩因子下微束团不稳定性的问题，以KARA储存环为例模拟附加波纹板阻抗的影响，发现其周期性匹配束团子结构时可调控不稳定性阈值，扩展强THz辐射的束流电流范围。
2024-11-26 physics.acc-ph
Terahertz control of relativistic electron beams for femtosecond bunching and laser-synchronized temporal locking
本文提出利用激光产生的多周期太赫兹脉冲驱动电子能量调制并结合磁压缩，实现高能电子束的飞秒级压缩与激光同步时间锁定，为自由电子激光和超快电子衍射等提供新途径。
2025-08-28 physics.acc-ph physics.app-ph physics.optics
Terahertz-driven linear electron acceleration
电子加速器的成本、尺寸和可用性取决于可实现的加速梯度。传统的高亮度射频（RF）加速结构以30-50 MeV/m的梯度工作。用光学或红外源驱动的电子加速器已经证明了比用常规RF结构可实现的加速梯度高几个数量级的加速梯度。然而，激光驱动的尾场加速器需要强飞秒源和直接激光驱动的加速器，并且由于操作的短波长而遭受低聚束电荷、亚微米公差和亚飞秒定时要求。在这里，我们展示了第一个线性加速的电子与keV的能量增益使用光学产生的太赫兹（THz）脉冲。太赫兹驱动的加速结构使得高梯度电子或质子加速器具有简单的加速结构、高重复率和每束团显著的电荷。将加速器的操作频率增加到THz频带中允许由于减少了关于击穿和脉冲加热的复杂性而大大增加的加速梯度。采用全光学方法在THz频段实现了GV/m范围内的电场。随着最近在经由稍微亚皮秒脉冲的光学整流产生THz脉冲方面的进展，特别是在转换效率和多周期脉冲方面的改进，使加速梯度比常规直线加速器（LINAC）增加两个数量级已经成为可能。这些具有极短电子束的超紧凑THz加速器具有巨大的潜力，可以对自由电子激光、未来的线性粒子对撞机、超快电子衍射、x射线科学以及x射线和电子束的医学治疗产生变革性影响。
2015-03-09 physics.acc-ph
Line shape of soft photon radiation generated at zero angle in an undulator with a dispersive medium
该研究探讨含介质极化的带电粒子束团波荡器辐射问题，发现色散介质零角度下软光子波长满足条件时微束团相干辐射，可产生强准单色定向X射线束，具备广泛应用潜力。
2024-12-12 physics.acc-ph physics.class-ph physics.optics
Direct observation of plasma waves and dynamics induced by laser-accelerated electron beams
等离子体尾波场加速技术是一种新型的加速技术，在粒子对撞机和光源领域都有很好的应用前景。然而，迄今为止，PWFA的研究仅限于全球少数大型加速器设施。在这里，我们提出的第一个结果，等离子体尾场产生使用电子束加速与100 TW级钛：萨激光。由于它们的超短持续时间和高电荷密度，激光加速电子聚束适合于驱动电子密度在$10^{19}$ cm $^{-3}$数量级的等离子体波。我们捕获的光束诱导的等离子体动力学与飞秒分辨率使用几个周期的光学探测，除了等离子体波本身，我们观察到一个独特的横向离子运动在其踪迹。这种以前未观察到的现象可以解释为作用在离子上的等离子体波的有质动力，导致在许多皮秒内等离子体密度的调制。由于等离子体尾流场产生的标度律，在高等离子体密度下使用强流激光加速电子束获得的结果可以容易地标度到低密度系统。因此，激光驱动的PWFA实验可以作为其更大的传统同行的微型模型。此外，我们的研究结果为新一代激光驱动PWFA铺平了道路，这可能会在紧凑的设置中提供超低发射率光束。
2018-10-28 physics.acc-ph
Dosimetric characterisation and application to radiation biology of a kHz laser-driven electron beam
激光等离子体加速器可以产生飞秒到皮秒持续时间范围内的超短电子束，与临床加速器相比，导致高峰值剂量率。这种特殊的特性促使它们应用于辐射生物学研究，以阐明高峰值剂量率对活细胞生物反应的影响，这一点仍在争论之中。由kHz激光系统驱动的电子束可能是此类应用的一个有吸引力的选择，因为与以10 Hz运行的J级激光加速器相比，高重复率可以提高平均剂量率并改善输送剂量的稳定性。在这项工作中，我们提出了一个kHz的，低能量的激光驱动的电子源的剂量学特性和癌细胞的体外照射的初步结果。一次到一次剂量测定方案能够监测每个细胞样品的射束稳定性和辐照条件。HCT 116结直肠癌细胞的存活测定结果与文献中报道的先前发现非常一致，并验证了剂量测定和辐照方案的稳健性。
2020-12-01 physics.acc-ph physics.app-ph
Spontaneous and Stimulated Emissions of Quantum Free-Electron Wavepackets - QED Analysis
自由电子波函数的波包大小和波包历史对自由电子与光的相互作用有物理影响吗？在这里，我们通过分析一个量子电动力学模型来回答这个问题，该模型同时考虑了量子化辐射场的自发辐射和受激发射。对于相干辐射（Glauber态），我们证实了光子的受激发射/吸收依赖于波包大小，当波包大小超过相互作用辐射波长时，波包大小衰减，这与经典电磁场中波包加速的薛定谔方程分析是一致和互补的。此外，具有相干聚束轮廓的调制电子波包的受激发射具有特征谐波发射光谱，该特征谐波发射光谱也依赖于波包尺寸，但超出频率截止。在任一种情况下，不存在Fock态辐射的波包相关发射，并且特别地真空态自发发射是波包无关的。在电子波包表象中，证明了辐射发射从经典点粒子极限到量子电子波函数极限的转变。这为测量单电子波函数的波包大小提供了一种方法，为从根本上探索光与物质相互作用提供了一个新的方向。
2018-05-21 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
