Transverse Oscillating Bubble Enhanced Laser-driven Betatron X-ray Radiation Generation
超快高亮度X射线脉冲已被证明是非常宝贵的广泛的研究。这种脉冲通常是通过使用大型设施从相对论电子聚束的同步辐射产生的。最近，基于激光尾场加速（LWFA）电子束的更紧凑的X射线源已被证明。特别地，激光驱动源（其中辐射由等离子体加速器结构内的电子的横向振荡（所谓的电子感应加速器振荡）生成）可以使用非常简单的设置来生成高度明亮的超短X射线脉冲。在这里，我们实验证明了一种方法，以显着提高和控制参数的LWFA驱动的电子感应加速器X射线发射。与我们的新的横向振荡气泡增强Betatron辐射（TOBER）计划，我们显示了显着增加所产生的光子的数量，通过专门操纵的Betatron振荡的振幅。我们实现这一点，通过协调的演变的时间激光脉冲的形状和加速等离子体结构。这导致执行大振幅集体横向电子感应加速器振荡的电子的受控离轴注入，从而导致增加的辐射发射。我们的概念持有承诺的方法，以优化特定应用的X射线参数，如时间分辨的调查与空间和时间的原子分辨率或先进的高分辨率成像模式，并产生X射线光束具有更高的峰值和平均亮度。
2022-02-02 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Plasma based helical undulator for controlled emission of circularly and elliptically polarised betatron radiationJ. Vieira, J. Martins, U. Sinha
我们探讨了等离子体为基础的模拟的螺旋波荡器能够提供圆和椭圆偏振的电子感应加速器辐射。我们专注于电离注入配置和激光脉冲驱动器的条件下，可以迫使集体电子感应加速器振荡整个被困电子束。通过分析模型和采用三维模拟和辐射计算，我们发现，圆或椭圆偏振激光驱动器可以迫使螺旋电子感应加速器振荡，产生圆/椭圆偏振电子感应加速器X射线。我们评估的偏振水平的数值和分析，并发现，圆偏振光子的数量可以通过调整激光脉冲驱动器偏振控制。我们展示了在最大光子通量区域附近，圆偏振度高达< 40%的电子感应加速器辐射的产生。对于椭圆偏振驱动器，圆偏振电子感应加速器辐射的总通量下降，并且当使用线偏振时可以忽略不计。我们的结果可以在今天的实验设施进行测试。
2016-01-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Bright gamma-rays from betatron resonance acceleration in near critical density plasma
我们表明，在近临界密度等离子体中，由超强超短激光脉冲加速的电子感应加速器共振可作为高亮度伽马射线源。与低密度等离子体中的激光等离子体X射线源相比，近临界密度等离子体提供了三个电子辐射优势：更多的辐射电子、更大的横向振幅和更高的电子感应加速器振荡频率。三维粒子模拟结果表明，在7.4J的激光脉冲作用下，产生了8.3mJ的辐射，其临界光子能量为1MeV。临界光子能量$E_c$随入射激光能量的增加而增加，其增加速度大于线性关系。$W_I$与$E_c \propto W_I^{1.5}$成比例，相应的光子数与$W_I$成比例。建立了一个简单的类同步辐射解析模型，可以解释模拟结果。
2013-10-23 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Betatron emission as a diagnostic for injection and acceleration mechanisms in laser-plasma accelerators
激光等离子体加速器中的Betatron X射线发射是一种有前途的紧凑型源，可以替代传统的X射线源，基于大型机器。除了作为一个潜在的源，对电子感应加速器辐射的精确测量可以揭示关于相对论性激光-等离子体相互作用的重要信息。我们表明，发射长度和位置的X射线发射可以通过放置一个孔掩模靠近源，并通过测量束轮廓的电子感应加速器的X射线辐射远离孔掩模。X射线发射的位置给出了关于等离子体波破碎的信息，从而给出了关于激光非线性传播的信息。此外，纵向延伸的测量有助于确定加速度是否受到泵耗尽或失相效应的限制。在多次进样的情况下，它用于明确检索每次进样在血浆中的位置。这种技术也被用来研究如何，在毛细管放电，放电和激光脉冲之间的延迟的变化影响的相互作用。该研究表明，对于适合激光引导的延迟，X射线发射仅发生在毛细管的后半部分：在前半部分没有电子注入和加速。
2012-11-22 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Resonantly excited betatron hard X-Rays from Ionization Injected Electron Beam in a Laser Plasma Accelerator
本文报道了一种在激光尾场电子加速器中用纯氮气产生硬x射线的新方案。强Betatron x射线束产生电离注入氮的K壳层电子到加速波桶。X射线辐射显示出类同步辐射谱，总光子产额为8 $\times$ 10 $^8$ /次，$10^8$超过110 keV。特别地，在相同的激光参数下，与氦气的情况相比，电子感应加速器硬X射线光子产额高10倍。粒子模拟表明，x射线产额的提高是由于电离注入，这使得电子能够快速加速到驱动激光区，随后进行电子感应加速器共振。采用本方案，单级氮气靶可用于产生稳定的高亮度电子感应加速器硬x射线束。
2015-06-29 physics.plasm-ph
Enhanced betatron-radiation energy using two collinear laser pulses
本文提出了一种新的非线性（腔）区激光尾场加速器自注入方案，利用一对匹配的、同向传播的激光脉冲产生pC电子聚束。通过调整它们的相对延迟和强度，对于相同的总能量，与单脉冲方案相比，随后的电子感应加速器辐射能量可以显著地增强$(\times 3)$。一个新的最佳气泡尺寸的条件推导和验证的粒子在细胞模拟，展示了双脉冲计划的优势，自喷射。
2018-07-23 physics.plasm-ph
Decoupling acceleration and wiggling in a laser-produced Betatron source
该研究提出一种通过定制等离子体密度剖面将加速与wiggler阶段分离的激光驱动Betatron X射线源方案，实现两者的独立优化，可调节光子能量，有望克服常规源局限，产生明亮稳定高能准直的X射线束。
2025-06-27 physics.plasm-ph
Enhancement of Betatron radiation from laser-driven Ar clustering gas
用3 TW超高对比度激光辐照Ar团簇气体射流靶产生了明亮的电子感应加速器X射线。在光子能量> 2.4 keV的情况下，测得的发射通量达到2 \times 10^8光子/次。在相同的激光参数下，与气体靶相比，发射通量提高了10倍。观察表明，大得多的电子束电荷和发散角导致这种改善。模拟结果表明，气体中团簇的存在导致电子注入量增加，尾场的摆动幅度增大，从而丰富了电子回旋加速器的x射线光子。
2012-03-15 physics.plasm-ph
Ultrafast Imaging of Laser Driven Shock Waves using Betatron X-rays from a Laser Wakefield Accelerator
来自激光尾流场加速器的贝塔管辐射是一种超短脉冲硬X射线源，类似同步加速器。它来自一个厘米级等离子体加速器，产生GeV级电子束。近年来，电子感应加速器辐射已发展成为一种独特的来源，能够产生高分辨率的X射线图像在紧凑的几何形状。然而，直到现在，这种辐射的短脉冲性质还没有被利用。这份报告详细介绍了第一个实验，利用电子感应加速器辐射图像的快速发展的现象，用它来射线照相的激光驱动冲击波在硅目标。图像的空间分辨率与在传统同步加速器光源的类似实验中取得的结果相当。感应加速器辐射的固有时间分辨率低于100 fs，这表明未来可以在不影响空间分辨率的情况下探测更快的过程。冲击速度和材料密度的定量测量，从冲击压缩过程中记录的射线照片，并与建立的硅的冲击响应，确定与传统的测速方法是一致的。这表明，未来的紧凑型电子感应加速器成像光束线可能是有用的成像和诊断高能量密度物理实验。
2018-02-06 physics.plasm-ph
Stable and polarized Betatron x-ray radiation from a laser plasma accelerator in ionization injection regime
激光等离子体相互作用产生的Betatron X射线源具有高亮度、飞秒量级和宽谱带的特点。然而，尽管有这些独特的功能，Betatron源有一个严重的缺点，阻止其用于应用。它的属性显着不同的镜头到镜头和迄今为止进行的开发没有解决这个问题。在这封信中，我们提出了一个简单的方法，可以产生稳定和明亮的Betatron X射线束。此外，我们证明了该方案提供了偏振和易于调谐的辐射。实验结果表明，光束指向稳定性优于光束发散角的10%，光束通量波动在20%量级，偏振度可达80%
2015-09-29 physics.plasm-ph
Batch Bayesian optimization of attosecond betatron pulses from laser wakefield acceleration
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；University of Oxford（牛津大学）；Horia Hulubei National Institute for Physics and Nuclear Engineering（霍里亚·胡利贝国家物理与核工程研究所）
本研究利用批量贝叶斯优化提升阿秒betatron源的辐射功率，通过等离子体密度尖峰触发高电荷电子束生成，实现功率提升超过一个数量级。
2026-01-30 physics.plasm-ph
High-brilliance betatron gamma-ray source powered by laser-accelerated electrons
激光驱动等离子体加速的最新进展现在可以将电子加速到几千兆电子伏。利用这些新的加速器，超短，紧凑和空间相干的X射线源，称为电子感应加速器辐射已被开发和应用于高分辨率成像。然而，电子感应加速器源的范围受到低能量效率和几十千伏范围内的光子能量的限制，这例如禁止将这些源用于探测致密物质。在这里，基于三维粒子模拟，我们提出了一个原始的混合方案，结合了低密度激光驱动的等离子体加速器与高密度束驱动的等离子体辐射器，从而大大增加了光子能量和辐射能量的电子感应加速器源。能量效率也大大提高，约1%的激光能量转移到辐射，当使用15 J激光脉冲时，伽马射线光子能量超过兆电子伏范围。这种高亮度混合电子感应加速器源为需要MeV光子的广泛应用开辟了道路，例如通过光核反应生产医用同位素，国防或工业领域中致密物体的射线照相以及核物理成像。
2017-11-23 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
Controlled Betatron X-Ray Radiation from Tunable Optically Injected Electrons
激光等离子体加速器中产生的Betatron X射线辐射特性与辐射源中的相对论电子的性质密切相关。虽然在相互作用制度探索以前的来源是由性质不稳定的，电子束的波动后，我们在这封信中证明的可能性，以产生X射线Betatron辐射与控制和可重复的功能，允许其性能的精细研究。为此，Betatron辐射使用来自具有碰撞脉冲注入的激光等离子体加速器的具有可调能量的单能电子产生[J.Faure等人，Nature（London）444，737（2006）]。所提出的研究提供了电子和X射线之间的相关性的证据，所获得的结果打开显着的前景走向生产一个稳定的和受控的飞秒Betatron X射线源在千电子伏范围内。
2011-12-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High-energy betatron source driven by a 4-PW laser with applications to non-destructive imaging
拍瓦级激光器通过激光尾场电子加速可以产生多GeV的电子束。作为一个副产品，加速的电子束可以产生广泛的同步辐射，称为电子感应加速器辐射。在目前的工作中，我们测量从2 GeV，215 pC的电子束，这表明了一个广泛的辐射光谱的临界能量为515 keV，扩展到MeV的光子能量和10 mrad的发散产生的辐射的属性。由于其高能量和通量，这种辐射是致密物体伽马射线照相术的理想候选者。我们采用了一个紧凑的电子感应加速器辐射设置操作在相对较高的重复率（0.1赫兹），并用它来扫描厘米大小的对象：DRAM电路，BNC和SMA连接器，挂锁和气体喷嘴。GEANT 4模拟进行再现的气体射流的射线照片。该装置和辐射源可以在亚毫米级揭示物体的内部结构，证明它可以进一步应用于诊断各种部件中的裂纹或孔。这里介绍的辐射源是一个有价值的工具，用于无损检测和高能量密度物理学，如核聚变。
2022-11-15 physics.acc-ph 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
Tailored Three Dimensional Betatron Dynamics in UltraStable Hybrid Laser Plasma RF Accelerators
本文研究了超稳混合激光等离子体射频加速器中通过射频参数调控横向、纵向及极化动力学的机制，揭示了非线性共振与阻尼现象的控制方法。
2025-12-02 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Enhancement of betatron X-rays through asymmetric laser wakefield generated in transverse density gradients
电子的激光尾场加速通常是围绕激光传播轴的轴对称。因此，聚焦在轴上的加速电子经常执行小的横向振荡。在这篇文章中，我们提出了一个简单的方案来打破这种对称性，这增强了电子的横向摆动，并提高了电子感应加速器辐射发射。通过三维粒子模拟，我们表明，发送激光与横向等离子体密度梯度的小角度入射产生不对称的尾场。它首先引起注入，然后通过尾场轴的横向移动增加电子的摆动，这发生在激光脉冲离开梯度时。因此，我们表明，每单位电荷的辐射能量可以增加一个因素$>20$时，使用该计划，和辐射的临界能量五倍的参考情况下，没有横向密度梯度。
2018-08-12 physics.plasm-ph
Quantitative X-Ray Phase-Contrast Microtomography from a Compact Laser Driven Betatron Source
X射线相衬成像技术是近年来在生物医学成像、显微镜和材料科学等领域的一次革命。目前，所需的高空间相干性是由具有有限光束时间访问的大型同步加速器设施或具有相当有限通量的微焦点X射线管提供的。由受控的高功率激光驱动的相对论电子辐射的X射线为这种强大的成像技术的扩散提供了一条有希望的途径。激光驱动的等离子体波加速和摆动电子，产生明亮的keV X射线发射。这种所谓的Betatron辐射是以准直光束发射的，具有出色的空间相干性和显着的光谱稳定性。在这里，我们提出了第一个相衬显微断层扫描揭示定量电子密度值的生物样品使用电子感应加速器X射线，和一个全面的源特性。我们的研究结果表明，基于激光的X射线技术提供了填补同步加速器和电流X射线管为基础的源之间的巨大性能差距的潜力。
2014-12-19 physics.plasm-ph
Bright dual-pulse betatron X-ray generation from a laser wakefield accelerator
Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）；Zhengzhou University（郑州大学）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；Tsinghua University（清华大学）
该研究基于密度定制气体混合靶，通过电离诱导与激波前沿触发注入产生双电子束团，实验实现每发10^10光子的高通量双脉冲贝塔tron X射线源，为实验室超快X射线光谱学提供紧凑型方案。
2026-08-19 physics.plasm-ph
Demonstration of the synchrotron-type spectrum of laser-produced Betatron radiation
在激光等离子体加速器中，当电子在激光尾流场中被加速和摆动时，产生了Betatron X射线辐射。利用10 ~ 100太瓦的高功率激光，在不同的相互作用机制下观测到了这种飞秒源，它产生的强X射线束在几千电子伏范围内。然而，所进行的光谱测量都没有足够的分辨率、带宽和信噪比来精确地确定单次激光发射的光谱形状，以避免发射到发射的波动。本文用单光子计数法对80 TW激光产生的Betatron辐射进行了表征。我们测量Single Shot光谱从8到21 keV的分辨率优于350 eV。所得到的结果与理论预测非常一致，并证明了这种辐射机制的同步加速器型性质。在我们的实验条件下，临界能量为Ec = 5.6 \pm 1 keV.此外，在这个能量范围内的源的功能打开新的前景，在时间分辨X射线科学的应用。
2011-04-12 physics.plasm-ph
Resonant RF Wakefield Coupling for Radiation-Reaction Control of 3D Betatron Dynamics in Hybrid Laser Plasma Accelerators
Alzahra University（阿尔扎哈拉大学）
本文研究了混合激光等离子体加速器中通过共振射频腔体耦合控制三维betatron动力学的辐射反应问题，结合分析模型和PIC模拟，揭示了射频场与自然betatron频率的共振机制及其对束流稳定性的影响。
2026-04-27 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Laser-Polarization Dependence of Betatron X-Ray Production and Angular Collection in Laser-Wakefield Acceleration
Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics (ELI-NP)（极轻基础设施-核物理研究所）；Horia Hulubei National Institute for R&D in Physics and Nuclear Engineering (IFIN-HH)（霍里亚·胡卢贝伊国家物理与核工程研发研究所）；ELI Beamlines Facility, Extreme Light Infrastructure ERIC（极轻基础设施欧洲经济利益集团光束线设施）
研究激光偏振对尾场加速中betatron X射线产生及角向收集的影响，发现LP与CP在不同阶段和靶长下产额各异，LP后期优势因角向展宽而减弱，但整体中心光子更多，CP照明更均匀。
2026-09-30 physics.acc-ph 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
Attosecond betatron radiation pulse train
高强度X射线源是科学、技术和医学的重要诊断工具。这种X射线源可以在激光等离子体加速器中产生，其中电子由于其在激光脉冲的等离子体尾流中的电子感应加速器振荡而发射短波长辐射。当代可用的电子感应加速器辐射X射线源可以从几微米量级的源尺寸递送几飞秒量级的持续时间的准直X射线脉冲。在本文中，我们证明，通过粒子在细胞中的模拟，这样的源的时间分辨率可以提高一个数量级的发射相对论电子束的空间调制。该调制是通过电子束团与共同传播的激光束的相互作用来实现的，该相互作用导致产生等距的亚飞秒X射线脉冲的训练。训练的单脉冲之间的距离由调制激光脉冲的波长调谐。模型化的实验设置是可以实现的与当前的技术。潜在的应用包括超快基本过程的频闪采样。
2020-08-12 physics.plasm-ph
Radiation emission in laser-wakefields driven by structured laser pulses with orbital angular momentum
高强度X射线源是非常宝贵的工具，使实验处于我们对材料科学、化学、生物学和物理学理解的最前沿。激光等离子体电子加速器是高强度X射线的来源，因为在尾场中加速的电子由于电子感应加速器振荡而发射短波长辐射。虽然已经展示了使用这些电子感应加速器源的相衬成像等应用，但其他应用将需要更高的光子数，并将受益于增加的可调谐性。在本文中，我们证明，通过详细的三维模拟，一种新的配置的激光尾场电子感应加速器源，增加了能量的X射线发射，也提供了更大的灵活性，在调整的X射线光子能量。这是通过结合两个拉盖尔-高斯脉冲与非零净轨道角动量，导致旋转的强度图案，因此，驱动尾场。由激光旋转驱动的螺旋运动被发现占主导地位的辐射发射，而不是电子感应加速器振荡。此外，这种螺旋运动的半径可以通过激光光斑尺寸和轨道角动量指数来控制，这意味着辐射可以完全独立于等离子体参数进行调谐。
2018-10-16 physics.plasm-ph
Phase-Selective Excitation of Betatron Oscillations by Nonadiabatic Magnetic-Field Switching
Indian Institute of Technology Hyderabad（印度理工学院海德拉巴分校）
非绝热磁场切换可控制激光等离子体加速器中的Betatron振荡，通过快速关闭磁场改变轨道并产生相干干涉，影响振荡幅度，理论模型表明切换参数χ决定非绝热与绝热区域。
2026-07-07 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Enhanced betatron radiation by steering a low-energy-spread electron beam in a deflected laser-driven plasma wiggler
激光尾流场加速器（LWFA）在产生高质量高能电子束（e束）的同时，还能通过电子感应加速器（Betatron）辐射产生明亮的X射线源，这对超快科学的泵浦探测研究具有重要的应用前景。然而，为了获得高质量的电子束，电子注入和加速应仔细操纵，其中必须避免大的振荡幅度，因此发射的X射线产率是有限的。在这里，我们报告了一个新的计划，实验上提高电子感应加速器辐射显着的光子产额和光子能量分离的电子注入和加速从操纵的电子束横向振荡在尾流通过引入倾斜的薄等离子体折射板。粒子模拟表明，电子束横向振荡幅度可以增加超过10倍，转向后，由于在板的边界处的折射偏转的激光驱动的尾流场。由于在等离子体摇摆器制度的低能量扩展的电子束的峰值能量的小的变化，可以抑制的X射线的光谱展宽。结果表明，高质量电子束的产生、折射和摆动可以作为一个整体，在一个紧凑的LWFA中实现单能电子束和亮X射线的同时产生。
2017-06-04 physics.plasm-ph
Generation of stable ultra-relativistic attosecond electron bunches via the laser wakefield acceleration mechanism
在最近的实验中，利用激光尾场加速器（LWFA）在不同的区域产生了超相对论飞秒电子聚束。在这里，我们预测，即使阿秒聚束可以产生的LWFA由于快速感应加速器相位混合内的飞秒电子聚束。阿秒束团在LWFA外是稳定的，可以在真空中传播几十厘米而持续时间没有明显变化。我们的计算表明，阿秒聚束的形成的证据可以发现在相干感应加速器辐射的光谱从LWFA的。
2009-06-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Phase-controlled direct laser acceleration enabled by longitudinal variation of the laser-driven quasi-static plasma magnetic field
University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；University of Michigan（密歇根大学）
本文通过纵向变化的等离子体磁场引入相位滞后，实现相控直接激光加速，抑制能量交换的可逆性，使电子能持续获得能量。
2026-03-20 physics.plasm-ph
Bright betatron radiation from direct-laser-accelerated electrons at moderate relativistic laser intensity
本研究针对中等相对论激光与近临界密度等离子体作用场景，通过三维粒子模拟研究直接激光加速电子的betatron辐射，获得高光子数的X射线，并验证了其在相衬成像中的应用潜力，可服务于高能量密度实验需求。
2021-04-23 physics.plasm-ph
Non-invasive characterization of transverse beam emittance of electrons from a laser-plasma wakefield accelerator in the bubble regime using betatron x-ray radiation
我们提出并使用一种技术来测量激光尾流场加速的相对论电子束的横向发射度。该技术是基于由$v_{\perp}/v_{\parallel}$给出的电子束发散度、测量的纵向谱$γ_\parallel$和气泡$r_{\perp}$中的横向电子束团尺寸的同时测量。后者是通过测量气泡中加速电子束团发射的x射线的源尺寸获得的。我们测量了一个\textit{normalised} RMS束横向发射度$<0.5$ $π$ mm $\:$ mrad作为上限的空间高斯，光谱准单能电子束与230兆电子伏的能量在气泡制度与数值模拟和分析理论。
2011-05-27 physics.plasm-ph
Far-field constant-gradient laser accelerator of electrons in an ion channel
我们预测，离子通道中的电子可以通过同时与激光脉冲和反直觉地与减速电场相互作用来获得超相对论能量。减速场的关键作用是保持高振幅的电子感应加速器振荡，从而使恒定速率的能量流通过直接激光加速机制的电子。可以采用电子感应加速器运动的多个谐波。将电子注入到激光尾场加速器的减速阶段是该方案的一个实际实现。
2016-10-29 physics.plasm-ph
Modeling Betatron Radiation Diagnostics for E-310 -- Trojan Horse
SLAC国家加速器实验室先进加速器实验测试II（FACET-II）设施的E-310实验旨在演示等离子体光阴极产生高亮度光束。Betatron辐射将由康普顿光谱仪测量，该光谱仪目前正在加州大学洛杉矶分校开发，以提供单发，无损光束诊断。我们给出了一个简要的概述，这种光谱仪以及双差分光谱重建光谱仪图像和光束参数重建从这个双差分光谱。我们讨论了三种模型的电子感应加速器辐射：一个理想化的粒子跟踪代码，计算辐射的Liénard-Wiechert电位，准静态粒子在细胞（PIC）代码，计算辐射的Liénard-Wiechert电位，和一个完整的PIC代码计算辐射使用蒙特卡罗QED方法。比较了三种模型计算的简单情况下的谱。
2021-06-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Particle-in-cell simulation of x-ray wakefield acceleration and betatron radiation in nanotubes
虽然晶体通道中的尾场加速已经被提出，但自从单循环光学激光压缩技术的发明以来，X射线尾场加速直到最近才成为现实的可能性。我们研究了固体材料内部纳米通道引导的相干超短X射线脉冲引起的尾场加速。通过二维粒子在细胞的计算机模拟，我们表明，TeV/cm的加速度梯度是可以实现的。这是约3个数量级强于传统的等离子体为基础的尾流场加速，这意味着一个非常紧凑的计划，以获得可再生能源的可能性。除了粒子加速外，该方案还能诱发~O（10-100）MeV的高能光子发射。我们的模拟证实了这样的高能光子发射，这是在对比的光学激光驱动尾场方案诱导。此外，还讨论了高能电子发射率的显著提高。
2018-05-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Hard X-rays from laser-wakefield accelerators in density tailored plasmas
来自激光等离子体加速器的Betatron x射线源结合了紧凑性、高峰值亮度、飞秒脉冲持续时间和宽带光谱。然而，当用太瓦级激光器生产时，它们的能量到目前为止被限制在几千电子伏（keV），限制了可能的应用范围。在这里，我们提出了一个简单的方法，增加的能量和通量的数量级，而不增加激光能量。相对论电子发射的辐射的轨道控制使用密度定制的等离子体，使Betatron源的效率显着提高。
2019-09-16 physics.plasm-ph
Generation of attosecond electron bunches and X-ray pulses from few-cycle femtosecond laser pulses
激光等离子体电子加速器可以用来产生高强度的X射线，因为在尾流场中加速的电子由于电子感应加速器振荡而发出辐射。这种X射线源继承了电子束的特征;亚飞秒电子束团产生相同持续时间的电子感应加速器源，这反过来又允许在超短时间尺度上探测物质。在本文中，我们表明，通过Particle-in-Cell模拟，阿秒电子聚束可以获得使用低能量，超短激光束在自注入和受控注入制度在低等离子体密度。然而，只有在受控制度的电子注入导致一个稳定的，孤立的阿秒电子聚束。这种超短电子束团能发射出高亮度的阿秒X射线暴
2020-12-11 physics.plasm-ph
Carrier-envelope phase effects in Laser Wakefield Acceleration with near-single-cycle pulses
驱动激光尾场加速与极短的，近单周期的激光脉冲是至关重要的实现的电子源，可以在kHz的重复率，同时依赖于适度的激光能量。从基本的观点来看，这也是有趣的，因为有质动力近似对这样短的脉冲不再有效。通过粒子模拟，我们展示了等离子体响应如何在激光偏振平面上变得不对称，并依赖于激光脉冲的载波包络相位（CEP）。对于自注入的情况，这反过来又强烈影响注入电子的初始条件，导致电子束的集体电子感应加速器振荡。结果，电子束指向、电子能谱和发射的电子感应加速器辐射的方向变得依赖于CEP。对于密度梯度中的注入，对射束指向的影响减小，并且电子能谱是CEP无关的，因为电子注入主要是纵向的并且主要由密度梯度确定。我们的研究结果突出了在这个制度中的CEP控制的重要性，以产生稳定的和可重复的相对论电子束，并确定如何CEP效应可以在实验中观察到。在未来，CEP控制可能成为控制加速电子束的能谱或指向的附加工具。
2020-10-14 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Development of LPA based hard X-ray sources at ELI Beamlines
本文报道了基于激光等离子体加速器的ELI束线X射线源的研制。ELI Beamlines的主要目标之一是为来自不同研究领域的用户提供超短粒子束和复杂X射线源。两个基于激光等离子体加速（LPA）的高光子通量硬X射线电子感应加速器源正在调试中。第一个源是位于实验大厅E2的伽马射线管束线。它提供的X射线脉冲的能量从1-100 keV的电子感应加速器和高达一个MeV的康普顿计划。设计了一种新型的X射线光学器件，作为这些硬X射线源的聚焦光学器件，以供用户使用。基于LPA的第二个硬X射线源正在ELI等离子体物理平台（P3）中开发，该平台将用作有源诊断HED和实验室天体物理学、多束实验和基础研究。这个源程序现在正在调试中，我们将呈现第一个实验结果。此外，我们提出了一种新的方案，用于增强X射线通量的基础上的电子感应加速器振荡增强的非线性共振，由于与双色激光场的相互作用。此外，我们将介绍一种新的光学探测技术，具有高灵敏度，以表征低密度气体目标的激光等离子体加速器。这是通过采用探测光束多次通过物体并在各次通过之间中继成像物体来实现的。
2022-07-13 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Compact Spectroscopy of keV to MeV X-rays from a Laser Wakefield Accelerator
我们重建光谱的二次X射线从一个可调谐的250-350兆电子伏的激光尾场电子加速器从单次拍摄的X射线深度能量测量在一个紧凑的（7.5 $\times$ 7.5 $\times$ 15厘米），模块化的X射线热量计交替层的吸收材料和成像板。X射线的范围从几keV的电子感应加速器到几MeV的逆康普顿到>100 MeV的韧致辐射，并且可以单独或混合使用。Geant 4模拟单能量X射线在堆栈中的能量沉积，生成给定堆栈配置的能量与深度响应矩阵。一个迭代重建算法的基础上的分析模型的电子感应加速器，逆康普顿和韧致辐射光子能量分布，然后展开X射线光谱，通常在一分钟内。我们讨论了测量和重建方法的不确定性，局限性和扩展。
2021-03-02 physics.plasm-ph
Synergistic Laser Wakefield/Direct Laser Acceleration in the Plasma Bubble Regime
提出了激光尾流场/直接激光等离子体混合加速器的概念。在激光脉冲产生的等离子体泡内经历共振电子感应加速器振荡的相对论电子通过直接从激光脉冲及其等离子体尾流获得能量而被加速。自注入等离子体电子的所得分叉相空间包含经历超过标准一维极限的尾流场加速的群体，这是因为其运动的多维性质减少了电子与尾流之间的相位滑移。
2014-12-22 physics.plasm-ph
Research towards high-repetition rate laser-driven X-ray sources for imaging applications
电子的激光尾场加速代表了基于汤姆逊散射或电子感应加速器辐射的几种类型的新型X射线源的基础。后者提供了高光子通量和小的源尺寸，这两者都是高质量X射线成像的先决条件。此外，原理验证实验已经证明了其在断层成像中的应用。到目前为止，这需要几个小时的采集时间为一个完整的层析数据集。基于对激光系统、探测器和重建算法的改进，我们能够将完整断层扫描的时间缩短到3分钟。在本文中，我们讨论了这些结果，并对未来的成像系统进行了展望。
2018-03-14 physics.acc-ph physics.med-ph physics.optics
Controlling the spectrum of x-rays generated in a laser-plasma accelerator by tailoring the laser wavefront
通过调整激光尾流场加速器中激光脉冲的波前，我们证明了由于电子束在等离子体中的电子感应加速器振荡而产生的x射线的性质是可以控制的。我们发现，通过创造一个波前与彗差，同步加速器的x射线光谱的临界能量可以显着增加。彗差基本上不会改变电子束的能量，但会增加其发散度并产生能量依赖的出射角，这表明X射线光谱的变化是由于尾流场内电子束振荡幅度的增加。
2009-09-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Femtosecond X-ray absorption spectroscopy in warm dense matter
在原子水平上探索和理解超快过程是一项科学挑战。飞秒X射线吸收光谱（XAS）是一种重要的实验探测技术，因为它可以同时揭示电子和原子结构，从而揭示它们之间的非平衡动力学相互作用，这是大多数超快机制的起源。然而，尽管付出了相当大的努力，仍然没有适合常规实验的飞秒X射线源。在这里，我们表明，从相对论激光等离子体相互作用的感应电子辐射结合了飞秒XAS的理想功能。利用该系统研究了飞秒激光脉冲作用下铜样品在极端温度和压力条件下的非平衡相变。我们测量了电子温度的上升时间低于100 fs。这第一个实验展示了电子感应加速器源的巨大潜力，并为一类新的超快实验铺平了道路。
2017-11-24 physics.plasm-ph
Collimated Hard X-Rays from Hybrid Laser and Plasma Wakefield Accelerators
本研究利用混合激光与等离子体尾场加速方案实现betatron辐射协同增强，实验获得更高能量、通量的准直硬X射线，为紧凑型硬X射线源建立新范式。
2025-06-12 physics.plasm-ph
Femtosecond x rays from laser-plasma accelerators
近年来，短脉冲激光与低密度等离子体的相对论相互作用导致了新一代飞秒x射线源的出现。基于来自在等离子体中加速的电子的辐射，这些源具有紧凑并且提供准直、非相干和飞秒辐射的共同特性。在本文中，我们回顾，在一个统一的形式主义，在所谓的气泡制度，电子捕获和加速的电子感应加速器辐射，同步辐射的激光加速电子在通常的米级波荡器，非线性汤姆逊散射的相对论电子振荡在强激光场，和汤姆逊后向散射辐射的激光束的激光加速电子。使用理想模型的基本物理，相关参数的定义，并给出了解析表达式提供的源的功能。数值模拟和总结最近的实验结果上的不同机制。每一节都以每一计划的预期发展结束。最后，激光等离子体加速器的最有前途的应用之一进行了讨论：实现一个紧凑的自由电子激光在X射线范围内的频谱。在结论中，总结了表征每种源的相关参数。考虑到典型的激光等离子体相互作用参数与目前可用的激光器，源功能的例子。然后将这些源相互比较，以确定其应用领域。
2013-01-22 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Mapping the X-Ray Emission Region in a Laser-Plasma Accelerator
激光-等离子体加速器中的X射线发射是研究相对论性激光-等离子体相互作用的有力工具。它示出在这里，电子感应加速器X射线辐射的映射可以从X射线束轮廓时，孔掩模被定位在刚刚超过发射区域的端部。等离子体密度的位置和纵向轮廓的X射线发射的影响进行了研究，并比较粒子在细胞模拟。X射线发射位置和长度的测量提供了对相互作用的动态的洞察，包括电子自注入区域、可能的多次注入以及电子束驱动的尾场的作用。
2011-11-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Universal scalings for laser acceleration of electrons in ion channels
在激光相速度大于（或等于）光速的一般情况下，研究了激光对离子通道中电子的直接加速。利用超相对论电子运动方程的相似性，我们发展了一个通用的标度理论，给出了给定激光和等离子体参数下电子所能达到的最大可能能量。该理论预测在粒子的相空间中出现禁区，这表现为能量增益阈值。我们应用所开发的理论，找到所需的条件，通过感应加速器振荡的第三谐波和激光波之间的共振相互作用的能量增强。该理论也被用来分析圆偏振激光器中的电子动力学。
2016-03-15 physics.plasm-ph
High Flux Femtosecond X-ray Emission from the Electron-Hose Instability in Laser Wakefield Accelerators
在激光尾场加速（LWFA）过程中，电子通过电子感应加速器（Betatron）振荡可以产生明亮的超短X射线脉冲。我们的实验测量使用的\textsc{Hercules}激光系统表现出显着增加X射线通量的相互作用距离超过耗尽/退相长度，其中初始电子束注入到第一个唤醒桶赶上激光脉冲前沿和激光脉冲耗尽。从LWFA制度的过渡到束驱动的等离子体尾场加速（PWFA）制度，因此发生。驱动电子束团易受电子软管不稳定性的影响，在其尾部迅速产生大幅度振荡，这导致X射线辐射的极大增强。我们使用可变长度的气室测量作为加速长度的函数的X射线通量。采用蒙特卡罗同步加速器X射线发射算法的三维粒子模拟阐明了辐射发射过程随时间的变化。
2018-03-27 astro-ph.HE physics.acc-ph physics.optics
Simultaneous measurements on the electron and X-ray spectra from laser-irradiated near-critical-density double-layer targets at relativistic intensity
报道了在相对论飞秒脉冲5E 19 W/cm^2辐照下，近临界密度（NCD）双层靶的电子谱和X射线谱的同步测量实验结果.研究了电子和X射线谱与NCD层密度和厚度的关系。对于最佳靶，获得了温度为5.5 MeV的电子和临界能量为5 keV的X射线。基于实验参数的2D粒子模拟证实了电子在等离子体通道中通过直接激光加速而加速，导致温度显著高于有质动力温度。在电子离开双层靶之前，由电子感应加速器发射和汤姆逊反向散射产生明亮的X射线。
2020-10-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Beam dynamics challenges in linear colliders based on laser-plasma accelerators
在本文中，我们讨论了设计考虑和光束动力学的挑战与激光驱动的等离子体为基础的加速器应用于多TeV尺度的直线对撞机。等离子体加速器提供超高梯度和超短束团，为紧凑的直线加速器和降低的功率要求提供了潜力。我们表明，稳定，有效的加速与光束质量的保护是可能的，在非线性气泡制度的激光等离子体加速器，使用光束整形。离子运动，自然发生的密集束（即，低发射度和高能量）严重地抑制了横向束的不稳定性。库仑散射的背景离子被认为是在等离子体中的强聚焦强烈抑制散射引起的发射度的增长。束在等离子体中横向运动产生的β电子辐射将导致束功率损失和能量扩展增长;然而，对于100 nm以下的发射度，多TeV级等离子体直线加速器的束功率损失和能量扩展增长将低于%。
2022-03-14 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
High charge plasma electron bunches from two collinear laser pulses
采用三维粒子模拟方法研究了激光尾流场加速器的前向光注入方案。可以产生短至6 fs的准单能百pC电子聚束。最佳束分离距离被发现在交叉点处的注入束泡与收集体积横向注入到加速器束泡。它近似对应于等离子体波长。该方案的主要优点是局部注入高电荷。该注入机构可用于诸如超短和相对强的X射线辐射源（诸如电子感应加速器辐射或汤姆逊反向散射、时间分辨电子衍射）的应用或用于进一步加速级的播种。
2019-04-05 physics.plasm-ph
Temporal evolution of longitudinal bunch profile in a laser wakefield accelerator
由于其超短的持续时间和峰值电流在kA范围内，激光尾场加速电子束团是有前途的驱动器，用于超快X射线产生的紧凑型自由电子激光器（FEL），汤姆逊散射或电子感应加速器源。在这里，我们提出了第一个单次拍摄，高分辨率的测量的纵向聚束轮廓，而无需事先假设的聚束形状。我们的方法允许复杂的功能，如多束结构，被检测。改变气体目标的长度，从而改变加速长度，使得能够评估加速过程期间的聚束轮廓演变。我们发现一个最小的聚束持续时间为4.2 fs（半高全宽），拍摄到拍摄的波动为11%均方根。我们的研究结果表明，激光能量耗尽后，从激光驱动的粒子驱动的尾场发生的过渡，与二次聚束的注入。由此产生的双聚束结构可能作为一个优雅的方法，驾驶员见证型实验，即允许一个非失相限制加速的二次聚束在等离子体加力阶段。
2014-06-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
