Satisfying the Direct Laser Acceleration Resonance Condition in a Laser Wakefield Accelerator
在这个过程中，我们表明，当驱动激光脉冲重叠的激光尾流场加速器（LWFA）中的捕获的电子，这些电子可以获得能量从直接激光加速（DLA）在延长的距离，尽管激光和唤醒的演变。通过模拟，激光和电子束的性质的演变被量化，然后在这种变化的背景下，DLA的共振条件进行检查。我们发现，虽然从LWFA产生的电子不能连续满足DLA共振条件，但它们仍然可以从DLA获得大量的能量。
2015-02-26 physics.plasm-ph
Mitigation of the hose instability in plasma-wakefield accelerators
目前的模型预测软管的不稳定性，关键限制等离子体尾流场加速器的适用性。通过开发一个分析模型，其中包括软管的不稳定性在长的传播距离的演变，这项工作表明，固有的驱动束能量损失，随着初始束能量扩散失谐的电子感应加速器振荡的束电子，从而减轻不稳定性。它还表明，锥形等离子体轮廓可以大大减少初始软管种子。因此，我们证明了驱动光束的传播可以在长距离的传播中保持稳定，为等离子体尾场加速器中高质量电子束的加速铺平了道路。我们发现我们的模型和粒子在细胞模拟之间的良好协议。
2017-05-08 physics.plasm-ph
Laser Pulse-Electron Beam Synergy: An Approach to Higher Electron Energy Gain in Laser Wakefield Accelerators
基于激光脉冲和电子束的共同作用，提出了尾场加速器中电子注入和加速的新方案。这种协同作用导致更强的尾流场生成和更高的能量增益中的气泡制度。在较低的激光功率和等离子体密度下，整个气泡的强烈变形导致电子自注入。为了预测电子束和激光脉冲参数的实际范围，提出了一个解释模型。研究了改变电子束初始位置对等离子体电子自陷的影响。在48 TW激光尾流场中，注入280 pC电子束，在减速阶段产生了高质量（25 fs）、高电荷量（340 pC）、1GeV的电子聚束。
2020-07-01 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
Improvement of Properties of Self-Injected and Accelerated Electron Bunch by Laser Pulse in Plasma
在传统的直线加速器中的加速梯度目前被限制为每米100 MV。基于等离子体的加速器具有维持加速梯度的能力，该加速梯度比在常规加速器中获得的加速梯度大几个数量级。随着激光技术的迅速发展，基于激光等离子体的加速器成为人们研究的热点。在过去的十年中，成功的实验激光尾场加速等离子体中的电子已经证实了这种加速的相关性。显然，激光等离子体加速器中的大加速梯度允许减小加速器的尺寸并降低成本。激光等离子体加速器的另一个重要优点是它们可以产生具有高能量的短电子束。
2020-09-09 physics.plasm-ph
Saturation of the hosing instability in quasi-linear plasma accelerators
对等离子体加速器准线性区中的见证光束的束流不稳定性进行了理论分析。在这种制度下，软管不稳定性饱和，即使是一个单能束，在一个水平远低于标准缩放预测。导出了饱和距离和饱和振幅的解析表达式，并与数值结果进行了比较。饱和是由于聚焦力的自然首尾变化，包括自洽的横向梁加载。
2018-01-03 physics.plasm-ph
Determination of hybrid and direct laser acceleration dominated regimes in a 55fs laser driven plasma accelerator with ionization induced injection
利用55fs激光驱动等离子体加速器，研究了不同加速机制（直接激光加速（DLA）和尾流场）对等离子体加速的影响。在较低的电子密度，电子加速可以主要归因于DLA电离诱导注入。随着密度的增加，尾流场的作用越来越大，导致混合制度，并在密度高于自注入阈值，实验观察到的DLA和尾流场的贡献是可比的。在纯氮靶的情况下也观察到了主导DLA机制。使用EPOCH代码进行的2D PIC模拟证实了上述情况，并且还显示了表面波的产生，被认为是DLA预加速的潜在机制。
2019-08-08 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
Observation of Laser Power Amplification in a Self-Injecting Laser Wakefield Accelerator
本文报道了强驱动激光尾场加速器中驱动激光脉冲的损耗和功率放大。传输的脉冲能量和时间形状的同时测量表明，在$0.9 \times 10^{18}$ cm $^{-3}$的等离子体密度中传播13 mm后，峰值功率从$187 \pm 11$ TW增加到$318 \pm 12$ TW的最大值。功率放大与电子在非线性尾流场中的注入和加速有关。这个过程是通过包括本地化的红移和随后的群延迟色散在激光脉冲前沿建模。
2018-06-21 physics.plasm-ph
Observation of Plasma Bubble Structures in a GeV Laser-Plasma Accelerator
利用法拉第旋转诊断法测量了GeV级激光等离子体加速器（LPAs）中等离子体泡的特性。我们扩展这些技术，以前证明了在大气密度等离子体（电子密度$n_e >10^{19}$厘米$^{-3}$），低密度等离子体（$n_e \approx 5\times10^{17}$厘米$^{-3}$），其中等离子体气泡的大$\sim 5$倍，并相应地更容易可视化的细节中的低气压。信号显示由$\sim50$ $μ$ m分隔的相反符号的$\approx 0.5^\circ$旋转条纹，与气泡直径一致;无轴上旋转;条纹长度与横向探针脉冲持续时间一致（$500$ fs脉冲长度为$180$ $μ$ m，$2$ ps脉冲长度为$600$ $μ$ m）。我们利用变形成像系统获得宽的纵向视场（$>1$ cm）和高的横向分辨率（$<9$ $μ$ m）。我们还证明了法拉第旋转信号是敏感的加速过程中使用扩展的二维时域有限差分（FDTD）模拟的阶段。
2019-11-05 physics.plasm-ph
Electron Dynamics in a Wakefield Accelerator Driven by Laser Pulses Carrying Orbital Angular Momentum
University of Michigan（密歇根大学）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；University of Oxford（牛津大学）；University of Alberta（阿尔伯塔大学）
研究利用携带轨道角动量（OAM）的激光脉冲驱动激光尾场加速，实验获得双束流结构电子束，模拟揭示螺旋电子轨迹，为优化紧凑型激光加速器束流结构提供新途径。
2026-08-31 physics.plasm-ph
Generation of electron beams from a laser-based advanced accelerator at Shanghai Jiao Tong University
在上海交通大学，我们建立了一个基于高功率激光和等离子体技术的先进加速研究实验室。在基于激光尾场加速（LWFA）方案的初步实验中，利用20-40 TW、30飞秒激光脉冲分别与氦、氖、氮、氩气体射流靶相互作用，产生了具有合理质量的数百MeV电子束。激光等离子体相互作用的条件进行了优化，以稳定从每种类型的气体产生的电子束。测量和比较了电子束的指向角稳定性和发散角以及各气体射流的能谱。
2014-09-10 physics.plasm-ph
Measurement of Magnetic-Field Structures in a Laser-Wakefield Accelerator
本文介绍了自注入激光尾流场加速器腔内产生的磁场的实验测量结果。法拉第旋转被用来确定多兆高斯场的存在，约束到一个横向尺寸可比的等离子体波长和几个等离子体波长纵向。场快速产生并随驱动激光移动。在我们的实验中，磁场的出现与相对论电子的产生相关，表明它们与非线性等离子体波的增长和破波有着内在的联系。数值模拟证实了这种演变，表明这些测量提供了洞察尾流场的演变与高的空间和时间分辨率。
2010-07-19 physics.plasm-ph
Experimental Demonstration of Dephasing Reduction in an Optically Guided Laser-Plasma Accelerator
Laboratoire d’Optique Appliquée, ENSTA, CNRS, Ecole polytechnique, Institut Polytechnique de Paris（应用光学实验室，国立高等航空航天学院，法国国家科学研究中心，巴黎综合理工学院，巴黎理工学院）
本研究通过等离子体密度梯度和光学引导结合，延长有效加速长度，实现超过1.6GeV的电子束能量，比常密度情况提高40%。
2025-07-31 physics.plasm-ph
Exploration of Helicon Plasmas for Wakefield Accelerators at the Madison AWAKE Prototype
本文介绍了麦迪逊 AWAKE 原型装置，研究螺旋波等离子体作为尾场加速器等离子体源的可行性，揭示了放电方向、密度与流动方向的关系及壁面再循环供气机制，并提出了天线功率耦合优化方法。
2025-02-20 physics.plasm-ph
Probing electron acceleration and X-ray emission in laser-plasma accelerator
虽然激光等离子体加速器已经证明了电子加速到千兆电子伏能量的强大潜力，但用于研究加速物理的实验工具很少。在本文中，我们展示了一种方法来探测的加速过程。垂直于主光束传播的第二激光束在主光束产生加速等离子体波之前几纳秒聚焦在气体射流中。这第二束光的强度足以使气体膨胀，并形成密度耗尽，这将局部抑制加速。沿着相互作用长度扫描密度耗尽的位置，以探测电子注入和加速以及电子感应加速器X射线发射。为了说明该方法的潜力，研究了注入位置随等离子体密度的变化。
2013-09-26 physics.plasm-ph
Characterization of the equilibrium configuration for modulated beams in a plasma wakefield accelerator
我们分析了调制光束的平衡位形与尖锐的边界暴露在与等离子体相互作用的自生场。通过半解析的方法，我们表明存在多个平衡配置，我们确定一个更适合于尾流场激发。一旦指出的约束的光束的前面，因此发散驱动的发射度的情况下，我们研究的平衡位形的演变，而在等离子体中传播，丢弃所有其他的时间依赖性。我们显示了一个刚性向后漂移的平衡配置的发病，我们提供了一个解释，在第一束的长度增加。
2016-02-12 physics.plasm-ph
Multistage Coupling of Laser-Wakefield Accelerators with Curved Plasma Channel
在TeV级正负电子对撞机等高能应用中，激光尾场加速器的多级耦合是克服激光能量耗尽的关键。目前的分级方案使用等离子体镜将随后的激光脉冲馈送到级中，同时用等离子体透镜控制电子束聚焦。这里提出了一种更紧凑和有效的方案，以实现电子束和激光脉冲同时耦合到第二级。具有过渡段的弯曲通道用于将新的激光脉冲引导到随后的直通道中，同时允许电子在直通道中传播。该方案的优点是耦合距离较短，在等离子体中连续引导电子，同时抑制横向束分散。在中等激光参数下，粒子模拟表明，来自前一阶段的电子束可以有效地注入到后续阶段以进一步加速，同时保持高捕获效率，稳定性和光束质量。
2017-12-25 physics.plasm-ph
Density and Particle Sourcing Optimization in a Helicon Plasma Source Prototype For Wakefield Accelerator Applications
本文研究尾场加速器用螺旋波等离子体源的轴向密度均匀性优化，通过单/双天线与背景中性气体流动配置实验，发现无流动时均匀性提高一倍，最小轴向密度偏差达5%，并为进一步改进确立了方法。
2025-08-18 physics.plasm-ph
Bayesian optimization of electron energy from laser wakefield accelerators
本研究结合贝叶斯优化与三维粒子模拟，优化激光尾场加速器的激光与等离子体参数以最大化电子束截止能量，并推导了考虑衍射和耗散的解析表达式，探讨了参数向任意能量激光系统的可扩展性。
2025-09-14 physics.plasm-ph
Robustness Optimization for Compact Free-electron Laser Driven by Laser Wakefield Accelerators
University of Shanghai for Science and Technology（上海理工大学）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
本文提出利用CMA-ES优化方法，提升由激光诱导场加速器驱动的紧凑自由电子激光在脉冲波动下的鲁棒性，实现稳定运行。
2026-02-03 physics.plasm-ph
Ultra-low emittance beam generation using two-color ionization injection in a CO2 laser-driven plasma accelerator
超低发射度（几十纳米）的光束可以产生在等离子体加速器使用电离注入电子到尾场。一种产生光束的全光学方法使用两个不同颜色的激光脉冲。长波长驱动激光脉冲（具有大的有质动力和小的峰值电场）被用来激发大的尾流场而不完全电离气体，并且短波长注入激光脉冲（具有小的有质动力和大的峰值电场），相对于泵浦激光器共同传播和延迟，以在捕获的尾流阶段捕获一部分剩余的束缚电子，产生在尾流中加速的电子束。讨论了俘获条件、电离电子分布和俘获束团动力学。给出了与电离激光偏振方向平行和正交的光束横向发射度的表达式。示出了使用10微米的CO2激光器来驱动尾流和用于电离注入的倍频Ti：Al2O3激光器的示例。
2015-05-21 physics.plasm-ph
Plasma Injection Schemes for Laser-Plasma Accelerators
在激光等离子体加速器中，等离子体注入方案是产生高质量电子束的关键。本文介绍了等离子体注入的一般概念。首先，介绍了等离子体波中粒子捕获和加速的哈密顿模型，在此哈密顿模型的框架下描述了电离注入和碰撞脉冲注入。然后，我们继续考虑注入等离子体密度梯度。
2017-05-30 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
Radiation Reaction in the Plasma-Based High-Energy Accelerators
在过去的几十年里，由于高功率激光器的进步以及高能粒子束和相对论粒子束的可用性，基于等离子体的加速器取得了巨大的进展。然而，在等离子体尾场中加速的电子（或正电子）受到辐射损失，这通常抑制了束的最终能量增益。本文用试验粒子方法研究了高能等离子体加速器中的辐射反应。详细研究了基于多级激光驱动等离子体尾场加速器和单级质子驱动等离子体尾场加速器的TeV对撞机。结果表明，离轴注入的见证光具有较高的轴向和横向场梯度，对加速粒子的阻尼力较大。质子驱动的等离子体尾场加速电子相比，在多级激光驱动的等离子体尾场加速器中加速的电子损失更少的能量。
2017-12-22 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Feasibility study for the hard x-ray free electron laser based on synergistic use of conventional and plasma accelerator technologies
探讨了用常规射频加速器作为等离子体驱动尾场加速器的注入器的可能性。传统的加速器提供具有低发射度和低能量扩散的高质量光束。一旦注入到等离子体尾流中，发射度可以在适当的束匹配时被保持，而能量扩散可能不会由于由常规加速器递送的长束持续时间而导致。估算了整个加速器系统和基于该加速器的自由电子激光的参数。
2022-10-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Beam-driven, Plasma-based Particle Accelerators
本文简要介绍了束流驱动等离子体基粒子加速器--等离子体尾场加速器（PWFA）的一些特性。我们还提到了一些主要的成果，已经取得了自诞生的概念。我们尽可能集中精力研究高能粒子束。
2017-05-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
A Brief Review of Plasma Wakefield Acceleration
等离子体尾场加速器承诺巨大的加速度梯度，比今天的传统射频（RF）加速器大三个数量级。这些新的加速器也显示出以几乎相同的因子减小未来加速器尺寸的潜力。本文简要介绍了等离子体尾场加速器的工作原理，并介绍了该领域的最新进展。给出了当前的挑战和潜在的未来使用的等离子体尾场加速器进行了讨论。
2020-02-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Introduction to Plasma Accelerators: the Basics
在这篇文章中，我们集中在相对论等离子体波加速器的基本物理。强激光或电子束在低密度等离子体中产生相对论性等离子体波，对加速器产生超高加速度梯度具有重要意义。许多方法正在大力追求，以实现超高的加速梯度使用各种等离子体波驱动器，这些包括尾场加速器驱动的光子，电子和离子束。我们描述的基本方程，并显示如何强烈的光束可以产生一个大振幅的相对论等离子体波能够加速粒子到高能量。我们还演示了这些相对论电子波如何加速等离子体中的光子。
2017-05-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Acceleration rate enhancement by negative plasma density gradient in multi-bunch driven plasma wakefield accelerator
本文提出在多束驱动的等离子体尾场加速器中引入负等离子体密度梯度，通过仅调节驱动束与波的相对相位并保持波相位稳定，从而在有限长度内提升被加速束的能量增益。
2024-11-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Longitudinal Laser Shaping in Laser Wakefield Accelerators
本文研究了激光尾流场加速器中激光与等离子体相互作用过程中尾流激发的能量学。我们发现，尾流振幅和加速效率（Transformer比）可以通过适当的驱动激光脉冲的纵向轮廓的形状最大化。在激光与等离子体相互作用的非线性区域，导出了相应的激光脉冲族。这样的形状通过允许激光脉冲内的均匀光子减速而提供尾流场的大小和效率的理论上限。我们还构建了现实的最佳脉冲形状，可以产生在有限带宽的激光系统。
2000-08-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
A New Type of Plasma Wakefield Accelerator Driven by Magnetowaves
提出了磁波驱动等离子体尾场加速器的新概念。这个概念最初是作为一个可行的机制提出的“宇宙加速器”，将加速宇宙粒子到超高能量的天体物理设置。与更熟悉的等离子体尾场加速器（PWFA）和激光尾场加速器（LWFA）不同，其中驱动器，带电粒子束和激光是独立存在的实体，MPWA调用高频和高速哨声模式作为驱动器，这是一种不能存在于等离子体之外的中波。除了驱动因素的不同，通过有质动力势激发等离子体尾流场的基本机制是共同的。我们的计算机模拟表明，在适当的条件下，等离子体尾场保持非常高的相干性，并可以维持高梯度加速超过许多等离子体波长。我们认为，除了它的天体应用，MPWA的概念也可以是陆地上的效用。MPWA的原理验证实验将有利于地球和天体加速器概念。
2008-08-22 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Plasma Wakefield Accelerator Research 2019 - 2040: A community-driven UK roadmap compiled by the Plasma Wakefield Accelerator Steering Committee (PWASC)
在激光或光束驱动的等离子体尾场加速器中产生的加速度梯度通常比传统加速器产生的加速度梯度大三个数量级，因此等离子体加速器可以开辟新一代非常紧凑的机器的路线。此外，基于等离子体的加速器可以产生具有独特特性的光束，例如数十千安培的峰值电流，阿秒聚束持续时间，超高亮度和固有的粒子束-激光脉冲同步。在这份路线图中，我们回顾了英国等离子体加速器研究的现状。我们概述了潜在的应用，描述了研究和开发所需的，使这些应用程序，并讨论与相关领域的研究协同作用。我们还列出了实现这些目标所需的资源，并为关键领域的进展提供了时间轴。
2019-04-19 physics.acc-ph physics.app-ph physics.optics
Flat bubble regime and laminar plasma flow in a plasma wake field accelerator
建立了等离子体尾场加速器中气泡形成的二维模型。它示出的情况下，在一个平坦的驱动程序的气泡可以由两个部分，对应于两种不同类型的等离子体流：一个层流等离子体电子流不交叉和两个流（湍流）流。层流对对称性破缺具有鲁棒性。建立的模型，我们表明，在层流和非相对论性等离子体电子的情况下，横向尾流场是不存在的气泡内，即使在横向非均匀等离子体的情况下。
2022-04-19 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Plasma Waves in a Different Frame: a Tutorial for Plasma-based Electron Accelerators
具有亚光速相速度$v_p$的非线性相对论性纵波是基于等离子体的电子加速器的基础。对于这样的应用，波的关键属性是最大或“波破碎”幅度和被捕获在波场中的电子获得的相应能量。在这里，我们表明，这些属性和一般的波形得到的数学复杂性很小，通过使用洛伦兹变换的帧共同移动速度$v_p$。变换将问题简化为Chian [Plasma Phys. \textbf{21}，509（1979）]最初发现的二阶常微分方程，从而分析可以利用与势阱中粒子的机械运动的类比。这种方法似乎特别适合于一个紧凑的，教程介绍等离子体为基础的电子加速器，几乎没有数学复杂性。
2019-07-02 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Laser Wakefield Accelerators
一维尾流场生成方程求解的非线性增加的水平，演示它们如何有助于在等离子体中的非线性尾流场的整体行为。本文还研究了激光导引效应对提高尾波场加速器相互作用长度的影响。
2017-05-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Developments in laser-driven plasma accelerators
激光驱动等离子体加速器提供的加速梯度比传统机器大三个数量级，从而有可能将加速器的长度缩短相同的因子。到目前为止，激光加速电子束的粒子能量可比的同步加速器光源所提供的已被证明与等离子体加速阶段只有几厘米长。本文介绍了激光驱动等离子体加速器的工作原理，并回顾了它们从1979年提出到最近演示的发展。等离子体加速器的潜在应用进行了说明，必须克服的挑战之前，他们可以成为一个实用的工具进行了讨论。
2014-06-19 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Stern-Gerlach surfing in laser wakefield accelerators
本文研究了在激光尾流场加速器中加入Stern-Gerlach型洛伦兹力对电子的影响。Stern-Gerlach型的条款被发现产生一个家庭的轨迹描述电子冲浪沿等离子体密度波驱动的激光脉冲。这样的轨迹可能导致电子聚束尺寸的增加，这可能对在未来的自由电子激光中利用这样的聚束的尝试具有影响。
2015-03-11 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Two-Pulse Direct Laser Acceleration in a Laser-Driven Plasma Accelerator
本文介绍了在激光驱动等离子体加速器中进行双脉冲激光直接加速的方法和初步观察。这种加速机制使用第二共同传播的激光脉冲来重叠并进一步加速尾场气泡中的电子，与传统的激光尾场加速（LWFA）相比，以发射率为代价增加能量。为此，我们介绍了一种飞秒尺度的两个共同传播的脉冲之间的时间延迟控制的方法。当两个脉冲之间的距离接近气泡半径时，我们显示出能量增强。
2021-06-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Electron dynamics and injection in plasma-based accelerators with sharp vacuum-plasma transitions
从理论上研究了激光或粒子束从真空进入欠密等离子体的动力学过程。我们的理论模型结合了拉格朗日流体模型与经典的准静态尾流场理论。研究发现，背景电子可以注入尾场，因为尖锐的真空-等离子体跃迁可以降低注入阈值。该模型可以从理论上给出注入条件、注入阈值以及注入长度，并与计算机模拟结果进行了比较。此外，在注入阈值附近可以产生高质量的电子束，该方案在降低注入阈值和提高等离子体加速器的束流质量方面具有广阔的应用前景。
2017-11-20 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Physics of beam self-modulation in plasma wakefield accelerators
自调制不稳定性是目前质子束作为等离子体尾场加速驱动器的一个关键因素。数值研究了均匀等离子体和具有小密度上升阶跃的等离子体中束流不稳定性的发展。台阶参数提供了最强的建立尾场，并确定了稳定的聚束训练形成的机制。
2015-03-17 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
Laser Plasma Accelerators
在激光等离子体加速器的研究活动铺平了许多重大突破。这篇评论文章提供了一个机会，以显示这一研究领域的令人难以置信的演变，在创纪录的时间，使物理学家使用紧凑的激光系统产生高质量的电子束在GeV级。我将展示引导我们探索不同注入方案的科学路径，并通过控制电荷、相对能量扩散和电子能量来产生稳定、高峰值电流和高质量的电子束。
2011-12-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Transformer ratio growth due to ion motion in plasma wakefield accelerators
本文报告了等离子体尾场加速器中Langmuir波破裂导致加速电场增强的反直觉效应，其机制是横向波破裂时通过电子的集体流入与单独流出从邻近区域汲取能量。
2023-11-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Carrier-Envelope Phase Controlled Electron Injection into a Laser-Wakefield Accelerator
单周期激光脉冲在等离子体中传播时，根据激光载波包络相位（CEP），引起可控的非对称等离子体电子从激光器中排出，形成振荡的等离子体泡。气泡的横向尾流场被修正，呈现周期性调制。提出了一种将单周期低频激光脉冲和多周期高频激光脉冲相结合的激光尾场加速器注入方案。共同传播的激光脉冲形成横向振荡的尾场，该尾场有效地捕获和加速来自背景等离子体的电子。通过调节单周期激光脉冲的初始CEP，可以独立于多周期脉冲来修改注入动力学，从而能够控制电子聚束的空间轮廓。
2021-06-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Effect of the laser wavefront in a laser-plasma accelerator
利用kHz、几毫焦耳的激光脉冲在低密度等离子体中聚焦产生高重复频率的电子源。这种高强度的激光等离子体相互作用导致稳定的电子束在几个小时内，但具有惊人的复杂的横向分布，即使是质量好的激光焦斑。实验数据的分析，以及PIC模拟的结果证明了激光波前对电子加速的作用。激光波前的畸变导致散焦激光分布的空间不均匀性，因此，激光脉冲驱动不均匀的横向尾场，其聚焦/散焦特性影响电子分布。这些发现解释了实验结果，并提出了通过剪裁激光波前来控制激光等离子体加速器中电子空间分布的可能性。
2015-01-23 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Control of focusing forces and emittances in plasma-based accelerators using near-hollow plasma channels
提出了一种近中空等离子体通道，其中通道中的等离子体密度远小于壁中的等离子体密度，以提供对等离子体加速器中的聚焦力和加速力的独立控制。在这种几何形状中，通道中的低密度有助于聚焦力，而加速场由通道壁中的高密度决定。该通道还为用于尾流场激发的强激光脉冲提供引导。在某些情况下，电子束和正电子束都可以以近似对称的方式加速和聚焦。近空心等离子体通道可以有效地抑制由于库仑散射引起的发射度增长，适用于高能物理应用。
2013-08-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Magnetic control of particle-injection in plasma based accelerators
利用一个外部横向磁场来触发和控制激光和粒子束驱动尾场加速器中的电子自注入，通过分析和全尺寸粒子模拟来研究。磁场可以放宽注入阈值，并且可以用于控制与等离子体吹出相关联的离子通道中的主要输出束特征，例如电荷、能量和横向动力学。结果表明，这种机制可以研究使用国家的最先进的磁场在下一代等离子体加速器实验。
2011-07-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
The ion motion in self-modulated plasma wakefield accelerators
研究了自调制等离子体加速器中等离子体离子运动的影响。一个分析模型描述离子运动在窄束限制的发展，并通过多维粒子模拟确认。结果表明，离子运动可以导致自调制不稳定性的早期饱和，并抑制加速梯度。这可以减少可以转化为加速粒子的动能的总能量。对于未来质子驱动等离子体加速器实验的参数，离子动力学会产生很大的影响。可能的方法，以减轻在未来的实验中的离子运动的影响进行了论证。
2012-08-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Ponderomotive Injection in Plasma Wakefield Accelerators
提出了一种新的亚相对论等离子体尾场加速器电子注入方案。横向激光器电离掺杂剂气体，并在尾流传播方向上有质动力地加速释放的电子。该过程使得即使对于低于捕获阈值的尾场电势，也能够在尾场中捕获电子。我们从理论上研究了该方案，并通过粒子在细胞中的模拟来展示高质量的波束形成和加速与亚微米归一化发射度和子百分比不相关的能量扩展。
2020-08-19 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Witness emittance growth caused by driver density fluctuations in plasma wakefield accelerators
在等离子体尾场加速器中，我们发现了一种能引起见证发射度增长的新效应。该效应出现在线性或适度非线性等离子体波中。在驱动光束与等离子体波达到横向平衡所需的时间期间，见证物经历随时间变化的聚焦力并失去质量。见证电荷越高，发射度增长率就越低，因为见证电荷被其自身的尾流场额外聚焦。然而，见证头总是退化，退化和完好部分之间的边界逐渐向后传播沿见证束。
2018-07-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Downramp-assisted underdense photocathode electron bunch generation in plasma wakefield accelerators
结果表明，高质量的电子聚束的产生和捕获的要求，从欠密度光阴极在等离子体尾场加速器可以大大放宽通过本地化它的等离子体密度下降。这降低了加速电场的相速度，直到所产生的电子同相，从而允许在浅俘获电势中俘获。因此，低密度光阴极技术可应用于更多数量的加速器设施。此外，有效地抑制了暗电流的产生。
2014-12-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Injection induced by coaxial laser interference in laser wakefield accelerators
提出了一种利用同轴激光脉冲干涉产生高质量光束的新注入方案。在该方案中，相对松散聚焦的激光脉冲驱动等离子体尾场，并且具有相似强度的紧密聚焦的激光脉冲触发干涉环图案，该干涉环图案在等离子体尾场中产生洋葱状的多鞘层。由于紧聚焦激光的聚焦位置后波前曲率的变化，尾流场的最内层鞘层膨胀，这减慢了尾流场的有效相速度并触发等离子体电子的注入。粒子在细胞模拟表明，高品质的电子束具有低的能量扩散（每轧机几个），高电荷（百皮库仑）和小发射度（亚毫米毫弧度），同时可以产生适当选择的两个激光器之间的相位差使用适度的激光参数。
2022-05-24 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Direct observation of electron shedding from a laser-plasma accelerator
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；Zhengzhou University（郑州大学）
本文首次直接观测到激光等离子体加速器中高电荷电子束提取时的纵向膨胀与电子剥离现象，通过飞秒相对论电子显微镜和粒子模拟揭示其机制，并指出该效应降低束峰值电荷密度与加速器效率。
2026-09-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
