Radiation pressure acceleration of high-quality ion beams using ultrashort laser pulses
产生紧凑的高能离子束是强激光与物质相互作用最有前途的应用之一，但束流光谱质量的控制仍然是一个突出的挑战。我们表明，在辐射压力加速薄的固体目标的电子加热的发病是由在前表面的瑞利-泰勒样不稳定性的增长，必须加以控制，以产生高光谱质量的光帆制度的离子束。的不稳定性的增长率施加的激光脉冲的持续时间和强度的上限，以实现高光谱光束质量，我们证明，在此最佳制度下，每个核子的最大峰值离子束能量是独立的目标密度，成分，和激光能量（横向光斑尺寸）。我们的预测验证了二维和三维粒子细胞模拟，这表明，最近和即将到来的实验设施，使用超短（$\lesssim 25$ fs）激光脉冲，它是可能的生产$100 - 300$兆电子伏的质子束与$\sim 30\%$能量扩散和高的激光到质子的能量转换效率。
2022-06-17 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Extreme high field plasmonics: electron acceleration and XUV harmonic generation from ultrashort surface plasmons
综述了超短强激光与光栅靶相互作用激发传播表面等离子体激元的实验研究。在超过目标上的$10^{19}~\mbox{W cm}^{-2}$的强度下，即在电子动力学的强相对论性区域中，多MeV电子被SP场加速为在近切线方向上准直的密集聚束。通过使用合适的闪耀光栅，聚束电荷可以增加到高达$\simeq $ 660皮库仑。当利用可控预脉冲在靶表面产生亚微米尺度的等离子体时，观察到强烈的XUV高次谐波（HH）被光栅衍射。当SP被激发时，HH在准平行于电子的方向上被强烈增强。模拟结果表明，HH是由散射激光场的电子在SP场中的纳米聚束增强的。除了静态和动态剪裁的目标密度分布，电子和HH发射的进一步控制可能会实现通过改变SP持续时间使用激光脉冲旋转波前。后一种技术可能能够产生几乎单循环的SP。
2019-03-15 physics.optics physics.plasm-ph
Features of ion acceleration by circularly polarized laser pulses
采用粒子模拟方法研究了圆偏振超短超强激光脉冲驱动MeV离子源的特性。预测的特点包括高效率，大离子密度，低发散和飞秒持续时间的可能性。与线偏振脉冲的情况进行了比较。
2007-05-28 physics.plasm-ph
Scattered field formalism in the particle-in-cell method for plasma acceleration in tightly focused ultrashort laser beams
该研究将散射场形式体系与粒子网格方法结合，通过理论和收敛分析验证其有效性，并应用于紧聚焦激光束在欠临界等离子体中的电子加速模拟，为超高强度下优化相对论电子束提供了有前景的方法。
2023-10-17 physics.comp-ph physics.optics physics.plasm-ph
Ambient air plasma acceleration in tightly-focused ultrashort infrared laser beams
INRS-EMT（国家研究大学电子学研究所）；Infinite Potential Laboratories（无限潜能实验室）
研究通过PIC模拟探讨了在环境空气中紧密聚焦超短红外激光束中利用相对论性ponderomotive力加速电子的机制，并验证了在2.5μm波长时电子动能可达1.6MeV。
2024-08-16 physics.comp-ph physics.optics physics.plasm-ph
Increased efficiency of ion acceleration by using femtosecond laser pulses at higher harmonic frequency
采用二维粒子模拟方法研究了激光频率对激光驱动离子加速的影响。当高次谐波频率的超短强激光脉冲照射薄固体箔时，与基波激光频率下的照射相比，对于显著较低的激光脉冲强度，靶可以变得相对论透明。相对论诱导透明的结果在增强加热的热电子，以及增加的最大能量的加速离子和它们的数量。我们的模拟结果表明，增加的最大质子能量和高能量质子的数量的一个因素2的最大强度的超短激光脉冲$7 \times 10^{21}~\rm{W/cm^2}$与完全电离的塑料箔的现实密度和最佳厚度之间的$100~\rm{nm}$和$200~\rm{nm}$从基频切换到三次谐波的相互作用后。
2014-07-28 physics.plasm-ph
Efficient Generation of Neutrons Based on Ultrashort Laser-driven Direct Acceleration in Microwire-Array Targets
College of Science, National University of Defense Technology（国防科技大学理学院）；Science and Technology on Plasma Physics Laboratory, Laser Fusion Research Center, China Academy of Engineering Physics（中国工程物理研究院激光聚变研究中心等离子体物理重点实验室）；State Key Laboratory of High Field Laser Physics, 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高场激光物理国家重点实验室）
研究通过超短激光脉冲在微线阵列靶中直接加速产生高效中子，优化阵列周期提升质子能量和数量，利用1 PW激光实现高中子产率，预测使用铍转换器可获得更高产率的脉冲中子源。
2026-04-29 hep-ex physics.plasm-ph
Relativistically Induced Transparency Acceleration (RITA) of Protons and Light-ions with Ultrashort Laser Interaction with Heavy-ion Plasma Density Gradient
介绍了利用激光-等离子体相互作用加速质子和离子的相对论诱导透明加速（RITA）方案，建立了模型，并与现有方案进行了比较。利用飞秒相对论脉冲加速质子产生峰值能量可控的准单能聚束。RITA方案的工作原理是通过相对论激光诱导透明密度高于冷电子临界密度，而背景重离子是静止的。上升的激光脉冲通过有质动力驱动局部电子密度膨胀，产生电子雪犁和共同传播的静电势，在相对论临界密度处产生行进加速结构。扫雪机的前进速度取决于激光强度包络的上升速率和重离子等离子体密度梯度尺度长度。上升的激光逐渐变得对更高密度透明，使得相对论性电子等离子体频率与激光频率共振。在扫雪机框架中，痕量密度质子反射静电势并被扫雪，而较重的背景离子相对不受干扰。准单能束的速度等于两倍的雪犁速度，可以获得和调谐通过控制雪犁速度使用激光等离子体参数。质子能量作为激光强度，上升时间和等离子体密度梯度的函数的分析模型的开发和1D和2D PIC OSIRIS模拟相比。我们模拟加速质子的GeV能量与几十飞秒激光脉冲的几个拍瓦。与超短脉冲的其他机制相比，质子能量与激光功率的比例关系是有利的。
2014-02-21 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Ultrashort high energy electron bunches from tunable surface plasma waves driven with laser wavefront rotation
利用波前旋转（WFR）的超高强度激光脉冲在光栅靶上产生超短超强表面等离子体波（SPW）来加速电子。将智能光栅设计与通过简单的分析建模和粒子单元模拟识别的最佳WFR条件相结合，可以减少SPW持续时间（减少到几个光学周期）并增加其峰值振幅。在相对论的制度，对于$Iλ_0^2=3.4 \times 10^{19}{\rm W/cm^2μm^2}$，这样的SPW被发现加速高电荷（几十个pC），高能量（高达70 MeV）和超短（几fs）的电子束。
2021-01-05 physics.plasm-ph
Laser-driven Ion and Neutron Sources from Medium Repetition Ultrashort PW Laser
University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Institute for Basic Science (IBS)（韩国基础科学研究院）；Tau Systems
该研究利用中等重复率超短PW激光照射不同厚度的塑料靶，探讨了离子加速和中子生成机制，发现离子能量与激光强度线性相关，且中子产率与TNSA区域相似。
2026-05-18 physics.plasm-ph
Ultrashort Pulse Train Generation on a 100TW Laser Beamline Using a Delay Mask After the Final Focusing Optics
CNR-National Institute of Optics（意大利国家光学研究所）；University of Pisa（比萨大学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) - Pisa Section（意大利国家核物理研究所比萨分部）；ELI Beamlines Facility, The Extreme Light Infrastructure ERIC（极轻基础设施欧洲利益相关方实体ELI光束线设施）
实验验证了一种两段式延迟掩模在激光尾场加速中产生超短脉冲串的可行性，满足ReMPI方案要求。
2026-06-12 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
Advanced strategies for ion acceleration using high power lasers
简要介绍了激光等离子体加速离子的研究进展。重点是最近的一些实验结果和先进制度的相关理论工作。后者包括特别是目标正常鞘加速使用超短低能量脉冲和结构化的目标，厚和厚的目标的辐射压力加速，和无碰撞的冲击加速在中等密度等离子体。对于每一种方法，开放的问题和进一步发展的必要性和潜力进行了简要讨论。
2013-07-03 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
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
Generation of directed electron beams by tight focusing of an ultrashort IR laser in a near-critical plasma
INRS-EMT（国家研究研究所电磁技术研究所）；Infinite Potential Laboratories（无限潜能实验室）
通过在近临界等离子体中紧聚焦超短红外激光产生定向电子束，利用线极化和环极化脉冲更高效加速电子，并在低密度空气中实现多MeV电子束。
2025-09-25 physics.optics physics.plasm-ph
Staged laser acceleration of high quality protons from a tailored plasma
提出了一种利用激光驱动近临界密度等离子体加速质子的新方案。具有定制密度分布的等离子体允许质子的两级加速。质子在激光驱动的尾流场中被预加速，然后被从等离子体后侧发射的无碰撞激波进一步加速。冲击波的横向尺寸很小，它会产生一个很强的空间电荷场，使质子散焦，只有那些能量最高、能量扩散最低的质子才能保持准直。理论和数值分析表明，产生的高能质子束具有几十倍的能量扩展，几个度的发散和几个nC的电荷。该方案表明，有效地产生准单能质子束的能量高达几百兆电子伏的PW级超短激光。
2018-09-20 physics.plasm-ph
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
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
Optimization of the Combined Proton Acceleration Regime with a Target Composition Scheme
提出了一种优化组合质子加速机制的靶组合方案，并通过二维粒子模拟（2D PIC）验证了该方案的有效性。组合加速机制是将辐射压加速（RPDA）阶段和激光尾流场加速（LWFA）阶段依次组合在一起的两阶段质子加速方案。与使用纯H靶相比，用超强CP激光脉冲照射过密CH靶，然后照射欠密氚等离子体气体，产生具有较高能量（从约$20$ GeV到约$30$ GeV）和较低能量扩展（从约$18\%$到约$5\%$的半高全宽或FWHM）的质子。这是因为当使用CH靶时，质子可以在第一RPDA阶段中被更稳定地预加速。随着碳氢密度比的增大，质子的能散减小，最大能量增大。它还表明，对于$10^{22}$ $Wcm^{-2}$周围的相同激光强度，与使用纯H靶相比，使用CH靶将导致更高的质子能量。另外，通过采用背景等离子体密度的纵向负梯度，可以进一步增加质子能量。
2015-04-23 physics.plasm-ph
Ultrashort Time-Integrated Diagnosis of Laser-Heated Deuterium Ions in Dense Plasma via Fusion Neutron Spectra
提出利用百赫兹飞秒激光诱导D(D,n)3He中子谱与飞行时间探测，诊断稠密等离子体中氘离子皮秒尺度温度和角分布，并经PIC模拟验证。
2025-08-31 physics.plasm-ph
High Energy electron and proton acceleration by circularly polarized laser pulse from near critical density hydrogen gas target
本研究利用三维粒子模拟方法模拟了拍瓦级圆偏振短脉冲激光与近临界密度氢靶相互作用过程中的准单能电子和质子加速。数值计算表明，在先进的高功率激光装置（如ELI-ALPS）上，通过控制激光和靶参数的选择，高能电子和质子可以在实验中被显示出来。我们详细介绍了加速机制中涉及的微观物理学，这需要研究等离子体密度梯度、等离子体密度和靶厚度的作用。描述了自生等离子体电场和磁场对质子能量和密度分布的影响。我们数值研究了激光驱动质子加速，其中能量超过200 MeV的高能质子，电荷超过10 nC，转换效率超过6%（这意味着40 J入射激光能量中的2.4 J质子束）。此外，有趣的是，我们首次从模拟研究中展示了由圆偏振激光驱动的准单能环形电子束，这可能被证明对基于等离子体的X射线源和正电子束的准直有用。
2018-01-24 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
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
Multi-Stages Proton Acceleration Booster in Laser Plasma Interaction
在激光等离子体相互作用中，离子能量的显著增加表现为几个阶段的后加速。强短脉冲激光照射等离子体靶时，高能电子被加速产生强电流。强电流沿着等离子体中的高能电子流产生强磁场。在磁场的增加阶段，根据法拉第定律，感应出纵向感应电场，用于正向离子加速。多级中的感应加速和靶法向鞘层加速提供了离子能量的独特可控性。通过四级连续加速，我们的2.5维粒子模拟表明，离子能量显著增加了几百MeV，最大质子能量达到254 MeV。
2012-10-26 physics.plasm-ph
Generation of giga-electron-volt proton beams by micronozzle acceleration
通过微喷嘴加速技术，利用高强度激光产生超过GeV的质子束，为高能物理研究提供新方法。
2025-11-30 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
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
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
First demonstration of multi-MeV proton acceleration from a cryogenic hydrogen ribbon target
我们显示了有效的激光驱动质子加速到14 MeV的50 $μ$ m厚的低温氢带。将脉冲长度为$\approx$ 350 fs、每脉冲能量为8 J的LULI的短脉冲激光ELFIE的脉冲引导到靶上。的结果进行了比较，从金属和塑料箔具有不同厚度的质子谱，并显示出类似的良好性能，无论是在最大能量，以及在质子数。因此，这种目标类型是一个有前途的候选人的实验与高重复率激光系统。
2019-01-07 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
Efficient proton acceleration from laser-driven cryogenic hydrogen target of various shapes
本文从理论上研究了超短脉冲激光与不同形状低温氢靶相互作用的高能质子束与三维粒子的细胞模拟。在这里，我们表明，在激光和靶参数之间的适当条件下，质子被加速到高能量，主要是由于无碰撞冲击加速机制结合TNSA。给出了质子能量与激光场、靶形状和厚度的关系。结果表明，用强激光（20fs，2PW）辐照最佳厚度的低温氢靶，可以有效地产生小发散角的高能质子束（100MeV）。我们的结果还表明，衍射激光场强烈影响离子的准直，因为它通过旁边的质量有限的目标。这种方法预测了一种可能的途径来控制激光驱动离子源。
2018-01-22 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
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
Multidimensional effects on proton acceleration using high-power intense laser pulses
考虑了质子靶鞘层法向加速度（TNSA）粒子模拟中的尺度效应。由于激光加速热鞘层电子的空间发散度和靶背上的空间电荷电场依赖于空间维度，因此从三维（3D）模拟获得的加速质子的最大能量通常远小于从二维（2D）模拟获得的最大能量。通过仔细检查的TNSA质子在2D和3D PIC模拟，我们推导出的最大质子能量之间的经验比从2D和3D模拟。该比率可用于从相应的2D模拟的结果估计现实（3D）TNSA中的最大质子能量。它还表明，标度律也适用于TNSA从结构化的目标。
2018-01-18 physics.plasm-ph
Laser ion acceleration by using the dynamic motion of a target
利用三维粒子模拟方法研究了峰值强度为$5\times 10^{21}$ W/cm $^{2}$的620 TW、18 J激光脉冲对圆盘靶的质子加速。结果表明，质子被有效地加速到高能量的“轻”材料在第一层的双层目标，因为强烈的不均匀膨胀的第一层发生的库仑爆炸在这样的材料。此外，一个大的运动的第一层的加速质子产生的辐射压力占主导地位的加速。由这种膨胀和移动的离子云产生的随时间变化的电势有效地加速了质子。此外，使用最好的靶材料，可以产生能量为200 MeV、能量扩展为2 $%$的质子束。
2013-04-23 physics.plasm-ph
Dominance of hole-boring radiation pressure acceleration regime with thin ribbon of ionized solid hydrogen
本文研究了多脉宽脉冲激光作用下新型低温氢靶对质子的加速，并给出了相应的激光参数。结果表明，相对较厚的氢固体带的质子加速效率大大超过了较薄的电离塑料薄膜的加速效率，这是由于在轻离子和较低靶密度的情况下，激光有质动力驱动的穿孔增强所致.三维粒子模拟结果表明，与二维粒子模拟结果相比，在打孔阶段，靶内加速质子的能量增大，而靶后加速质子的能量减小，而靶后加速质子的能量则由准静态电场引起。线性和圆偏振的multiPW激光脉冲的持续时间超过100 fs的质子加速从两个目标的内部，以及从后面的目标方面表现出类似的性能。当采用超短脉冲（$\sim$ 30 fs）时，来自靶内部的加速质子的数量显著减少。
2017-11-21 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
Vlasov modelling of laser-driven collisionless shock acceleration of protons
采用欧拉-伏拉索夫-麦克斯韦方法研究了高强度短脉冲激光与中等过密等离子体靶相互作用的离子加速问题。研究了等离子体密度分布和激光脉冲参数变化的影响，分析了无碰撞激波和靶鞘层法向加速度的相互作用。结果表明，使用的分层目标与轻和重离子的组合，分别在前面和后面，产生强的准静态鞘场的背面的重离子部分的目标。这种鞘场增加了冲击加速离子的能量，同时保持了它们的单能性。
2016-04-16 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
Enhanced laser radiation pressure acceleration of protons with a gold cone-capillary
提出了一种利用金锥-毛细管来提高质子加速的方案，并利用二维粒子模拟方法研究了其中的问题。结果表明，锥形毛细管可以有效地将质子导向和准直到更远的距离，并获得更好的束流质量，其密度$\geq10n_c$、单能峰值能量$E_k \sim 1.51~\mathrm{GeV}$、空间发射度$\sim0.0088~\mathrm{mm}~\mathrm{mrad}$、发散角$θ\sim 1.0^{\circ}$和直径$\sim 0.5\mathrm{μm}$。这种增强主要是由于锥体和毛细管产生的横向电场的聚焦效应，极大地阻止了质子的横向膨胀。与没有毛细管时相比，质子能谱在较长时间内具有稳定的单能峰，发散角接近于$1.0^{\circ}$。此外，还探讨了毛细管长度对加速效率的影响，并得出了最佳毛细管长度。这种靶在惯性聚变的离子快速点火、医学质子治疗等方面有着广泛的应用前景。
2017-01-15 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
Acceleration of collimated 45 MeV protons by collisionless shocks driven in low-density, large-scale gradient plasmas by a 10^20 W/cm^2, 1 micron wavelength laser
本文观察到一种新的质子加速现象，这种加速现象是由强近红外激光辐照大梯度低密度靶引起的。所产生的质子的特征在于高能量（具有宽光谱），以非常定向的方式发射，并且该过程与放松的激光（不需要高对比度）和靶（不需要超薄或昂贵的靶）约束相关联。因此，与标准和常用的目标正常鞘管加速技术（TNSA）或更多探索性机制（如辐射压力加速（RPA））相比，该过程似乎非常有效。这些数据是由3D数值模拟，这表明，在这些条件下，低密度无碰撞冲击加速（LDCSA）是在发挥作用，它结合了初始的无碰撞冲击加速（CSA），以促进采购的TNSA样鞘场在向下的密度斜坡的目标，这导致了一个整体的广谱。在10^20 W/cm^2激光强度下进行的实验表明，LDCSA可以以准直（约6 $^\circ$半角）方式将约1%临界密度的毫米级靶加速到5x10^9质子/MeV/sr/J，能量高达45（+/- 5）MeV。
2017-08-08 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
Approach towards quasi-monoenergetic laser ion acceleration with doped target
用三维粒子模拟方法研究了激光脉冲辐照含氢和碳的圆盘靶对离子加速的影响。结果表明，用$620$ TW，$5\times10^{21}$ W/cm $^2$激光脉冲可以产生超过$200$ MeV的质子.在聚乙烯（CH $_2$）靶中，质子和碳离子通过辐射压力加速分离并形成两层。在这种情况下，强烈的库仑爆炸和各层之间的库仑排斥产生高能质子。掺杂的靶，碳盘内的低密度氢，变成双层靶，其由高$Z$原子层表面上的薄且低密度的氢盘组成。这就产生了准单能质子束。
2014-02-21 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
Radiation Pressure Acceleration of Thin Foils with Circularly Polarized Laser Pulses
本文描述了一种新的方法，即用10^20 W/cm ^2以上的强激光束对薄箔进行辐射压力加速。利用圆偏振光可以非常高的效率产生扩展到GeV能量的高单能质子束。质子束具有非常小的发散角（小于4度）。这种新方法允许构建具有超短粒子爆发的超紧凑质子和离子加速器。
2007-08-15 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
Proton acceleration by a pair of successive ultraintense femtosecond laser pulses
研究了相对论强度的超短脉冲激光辐照薄铝靶时靶鞘层法向质子加速度。对于相同的激光脉冲和目标厚度为3和6 $μ$米，我们观察到实验的第二个脉冲提升的最大能量和电荷的质子束产生的第一个脉冲的时间延迟低于$\sim0.6-1$ ps。通过使用二维粒子模拟的细胞，我们检查相对于两个脉冲之间的时间延迟的质子能谱的变化。我们证明了由第一脉冲引起的靶前表面的膨胀显著增强了由几百fs时间延迟后到达的第二脉冲产生的热电子。然而，一旦三维猝灭效应开始，这种增强不足以进一步加速第一个脉冲驱动的最快质子。这意味着一个限制的最大时间延迟，导致质子能量增强，我们理论上确定。
2018-02-20 physics.plasm-ph
Ion acceleration by superintense laser-plasma interaction
利用超强激光脉冲驱动离子加速正吸引着越来越多的研究。动机可以在一些可预见的应用的潜力中找到，并且在研究新制度的角度中，只要可用的激光强度将增加。实验表明，在宽范围的激光和目标参数的产生多MeV的质子和离子束具有独特的属性，如超短的持续时间，高亮度和低发射度。本文综述了激光脉冲加速离子的研究现状，并对其发展前景进行了展望。我们描述了在实验中观察到的主要特点，所观察到的缩放与激光和等离子体参数和主要模型都用来解释实验数据，并提出新的研究方向。
2013-02-07 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
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
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
