Sub-femtosecond electron bunches created by direct laser acceleration in a laser wakefield accelerator with ionization injection
在这项工作中，我们将通过三维粒子模拟显示，激光尾场加速器中的激光直接加速可以产生亚飞秒电子聚束。用两个激光脉冲持续时间进行两个模拟，使得最短的激光脉冲仅占据第一气泡的一部分，而较长的脉冲填充整个第一气泡。在后一种情况下，当被捕获的电子向前移动并与激光脉冲的高强度区域相互作用时，自然发生微聚束，产生0.5 fs的电子聚束。这在短脉冲模拟中没有观察到。
2015-02-26 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
Teravolt-per-meter plasma wakefields from low-charge, femtosecond electron beams
最近的倡议在超短，GeV电子束产生的重点是实现亚飞秒脉冲驱动X射线自由电子激光（FEL）在单尖峰模式。该方案采用非常低的电荷束，这可以允许现有的FEL注入器产生几个100作为脉冲，具有高亮度。为此，最近在SLAC的实验产生了~2 fs rms，低横向发射度，20 pC的电子脉冲。在这里，我们研究使用这样的脉冲激发等离子体尾场超过1电视/米。我们提出了一种聚焦方案，能够产生~200 nm的光束尺寸，其中表面库仑场也是~TV/m。这些条件访问高场原子物理学的新制度，允许前沿实验，包括子飞秒等离子体形成尾流激发。
2010-02-09 physics.acc-ph 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
Femtosecond probing of light-speed plasma wakefields by using a relativistic electron bunch
强激光或粒子束在等离子体中传播产生的相对论尾流被认为是下一代对撞机和相干光源的加速器。这种尾流已经被证明可以将电子和正电子加速到几个千兆电子伏特（GeV），具有百分之几的能量扩展和高的尾流到射束的能量转移效率。然而，尾流的电场结构的完整映射已被证明是难以实现的。在这里，我们表明，一个高能量的电子束可用于探测领域的这种光速唤醒飞秒分辨率。高度瞬态，微观尾流场重建密度调制超短探针束后，它已经穿过尾流。这种技术可以使低密度等离子体中的线性尾场可视化，可以加速电子和正电子束。它还允许表征等离子体密度斜坡中的尾流，这对于维持束流发射度、提高能量传递效率和从等离子体加速器产生高亮度束至关重要。
2016-10-18 physics.plasm-ph
Controlling injection using a magnetic field to produce sub-femtosecond bunches in the laser wakefield accelerator
结果表明，电子注入到激光驱动的等离子体泡可以通过施加外部磁场在等离子体密度梯度的存在下进行操纵。密度定制等离子体的下降斜坡局部地降低了等离子体波相速度，这触发了注入。纵向磁场动态地在尾流泡后部的电子密度分布中诱导出一个膨胀的空穴，这降低了其附近的峰值电子速度。当电子速度下降到相速度以下时，电子注入被抑制，相速度取决于密度孔的大小。这使得电子注入的开始和结束能够被独立地控制，这允许对于$\sim 10$特斯拉的施加磁场产生具有几千安培的峰值电流的亚飞秒电子聚束。
2019-03-04 physics.plasm-ph
Dynamics of the wakefield of a multi-petawatt, femtosecond laser pulse in a configuration with ultrarelativistic electrons
在非磁化等离子体中，由多拍瓦，飞秒，煎饼形状的激光脉冲的尾场激发的解析和数值描述的制度与超相对论电子抖动速度，当等离子体电子几乎被驱逐出脉冲区域。这是第一次在流体理论中实现。设计了一种新颖的数学模型，与使用激光场包络和有质动力引导中心平均的标准方法相反，该模型不会因非常强的泵浦强度而崩溃。这是通过采用三个时间尺度的描述来实现的，其中中间尺度与电磁波的非线性相位以及其波前的弯曲相关联。脉冲的演变和它的静电尾流的研究，在一个二维的几何形状，与斑点直径\geq 100微米的数值解。它表明，最佳的初始脉冲长度需要略大于1微米（1-2振荡），建议由简单的分析本地估计，因为非本地等离子体响应往往会拉伸非常短的脉冲。
2014-07-30 physics.plasm-ph
First direct observation of a wakefield generated with structured light
本研究首次通过结构光操控生成尾流场，实现高梯度长加速长度的电子加速，为缓解激光尾流场加速中的退相干问题提供了新途径。
2025-03-03 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Probing Ultrafast Magnetic-Field Generation by Current Filamentation Instability in Femtosecond Relativistic Laser-Matter Interactions
本文介绍了中等相对论性的超短激光脉冲与固体靶相互作用过程中产生飞秒时间尺度强磁场涨落的实验测量。这些领域进行了探测，使用低发射度，高度相对论性的电子束从激光尾场加速器，和线积分$B$ -场的$2.70 \pm 0.39\,\rm kT\,μm$进行了测量。三维的，完全相对论的粒子在细胞模拟表明，这种波动源于一个韦伯型的电流双折射不稳定性发展在亚微米尺度的照射靶表面周围，他们成长到足够强的振幅，以扩大探测电子束的角分布几十飞秒激光脉冲最大值后。我们的研究结果突出了尾场加速电子束的相对论激光驱动现象的超快探测的潜力。
2019-07-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Multi-GeV Electron Combs from a Plasma Wakefield Accelerator
UCLA（加州大学洛杉矶分校）；SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福直线加速器中心）；University of Oslo（奥斯陆大学）；Laboratoire d’Optique Appliquée (LOA), CNRS, École polytechnique, ENSTA, Institut Polytechnique de Paris（应用光学实验室，法国国家科学研究中心，巴黎综合理工学院，ENSTA，巴黎理工学院）；Department of Physics and Astronomy, UCLA（加州大学洛杉矶分校物理与天文系）；Department of Physics, University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校物理系）
研究利用等离子体加速器产生多GeV电子梳，通过驱动束周期性收缩及等离子体密度变化实现原位相空间塑造，产生具有特定能量和时间结构的微束团，为定制电子束能量 - 时间结构奠定基础。
2026-07-10 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
Energy Bunching from Sub-Cycle Ionization Injection in Laser Wakefield Acceleration
本文首次实验观测到激光尾场加速中由载波包络相位驱动的能量聚束，利用少周期多太瓦激光在氦氮混合气体中电离注入产生多准单能峰，揭示了亚周期电离注入实现阿秒级控制与束流结构化的潜力。
2025-08-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Ponderomotive scattering of an electron-bunch before injection into a laser wakefield
为了激光尾流场加速的目的，事实证明，比等离子体波长长的电子聚束的注入也可以产生具有相对低的能量扩展的加速的飞秒聚束。这是非常令人感兴趣的，因为可以提供这样的注入聚束，例如，最先进的光电阴极射频枪在这里，我们指出，当电子束团注入尾流场中，重要的是要考虑的有质动力散射的注入聚束的激光脉冲在真空区位于前面的等离子体。在注入的聚束的低能量下，这种散射导致收集效率的显著下降。通过较低强度的激光脉冲和相对高的注入能量可以达到较大的收集效率。我们还估算了注入电子的最小俘获能和俘获束团的长度。
2006-07-07 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Ultra-high-gain water-window X-ray laser driven by plasma photocathode wakefield acceleration
基于等离子体尾场加速器产生的超亮电子束，通过端到端模拟实现水窗波段紧凑、稳健且可调谐的X射线激光，利用等离子体光阴极释放超低发射度束流，调节电荷平衡空间电荷力以降低能散，实现超高增益、波长可调、飞秒级光子脉冲，产生毫焦至吉瓦级激光脉冲，推动相干软X射线辐射普及。
2025-07-08 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High-Quality Electron Beams from Beam-Driven Plasma Accelerators by Wakefield-Induced Ionization Injection
我们提出了一种新的和简单的策略，用于在束流驱动等离子体加速器中控制电离诱导的电子捕获。所提出的方法直接利用电尾场从掺杂剂气体中捕获电子，并将它们捕获到加速和聚焦尾相的明确定义的体积中，从而产生高质量的无源聚束。这种注入原理解释的三维粒子在细胞（PIC）的计算使用代码OSIRIS的例子。在这些模拟中，高电流密度的电子束驱动器激发等离子体波在吹出制度内的完全电离的氢等离子体的密度$5\times10^{17} \mathrm{cm^{-3}}$。在被中性氦气污染的嵌入式$100 \mathrm{μm}$长等离子体柱内，尾流场触发电离，捕获限定比例的释放电子，并随后加速。由此产生的电子束具有$1.5 \mathrm{kA}$峰值电流、$1.5 \mathrm{μm}$横向归一化发射度、在GeV能量尺度上0.3%的不相关能量扩展和几个飞秒聚束长度。
2015-06-06 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 ultrafast electron bunch trains via trapping into multiple periods of plasma wakefields
我们提出了一种新的方法来产生飞秒电子束通过激光驱动的尾场加速列车。我们使用两个独立的高强度激光脉冲，一个驱动器和注射器，每个都创建自己的等离子体尾流。激光脉冲和它们的尾流的相互作用导致自由电子通过几种机制周期性地注入驱动等离子体尾流中，包括有质动力漂移、尾流-尾流干扰和由强激光场直接预加速电子。电子列车产生了多达4个准单能束，每个分离的时间由等离子体周期。所产生的列车的时间分布推导出从梁加载的分析，并确认使用2D粒子在细胞模拟。
2020-03-05 physics.plasm-ph
Particle-in-cell simulations of plasma wakefield formation in microwave waveguides
本研究通过三维粒子网格模拟，探究微波脉冲在矩形等离子体波导中激发静电尾场的形成与结构，为微波驱动等离子体加速方案的可行性奠定理论基础。
2025-06-21 physics.plasm-ph
Electron bunch injection at an angle into a laser wakefield
在激光尾流场加速器中，外部注入比等离子体波长长的电子束团可以产生能量扩展为几个百分点的飞秒超相对论束团。对不同结构的激光尾流场中的电子束团（如光阴极射频直线加速器产生的电子束团）注入进行了广泛研究。本文研究了一种新的外注入方式，即电子束团以小角度注入尾场。这样可以避免有质动力散射以及真空等离子体过渡区，这往往会破坏注入聚束。在我们的模拟中，激光脉冲动力学的影响也被考虑在内。结果表明，在一个角度注入可以提供压缩和加速电子束团小于2%的能量扩展。该方案的另一个优点是，它对注入聚束的尺寸的要求不那么严格，并且有可能捕获更多的电荷。
2008-11-14 physics.plasm-ph
Bright muon source driven by GeV electron beams from a compact laser wakefield accelerator
利用蒙特卡罗模拟，对激光尾场加速（LWFA）产生的能量范围为1 ~ 10 GeV的电子束与钨靶相互作用驱动的有源μ介子源的产生和特性进行了系统的定量研究.在不久的将来，10 GeV的电子束，可实现从LWFA使用飞秒多PW激光器，在一个紧凑的设置驱动明亮的μ子对的源。我们发现，使用一个发散角为1 mrad、电荷为100 pC的准单能10 fs、10 GeV电子束团，可以产生一个高定向性、强强度的短脉冲GeV μ子对源，其峰值亮度为5 × 10^17对/s/cm^2/sr，持续时间小于100 ps。μ子对从具有明确定义的位置和定时的点状源发射，并且源的尺寸和几何发射度分别约为1 mm和40 μ m。这种μ子源在μ子射线照相、μ子反常偶极矩和稀有衰变研究、中微子振荡以及未来紧凑型μ子对撞机的注入器等方面有着重要的应用价值。
2018-06-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Optical ionization effects in kHz laser wakefield acceleration with few-cycle pulses
本文研究千赫兹重复频率激光尾场加速中气体靶对性能的影响，发现氢气优于氮气和氦气，其电离效应较弱，能产生高达10 MeV的准单能电子束，并采用差压抽气实现连续运行，为高重复频率LWFA技术奠定基础。
2024-09-20 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Proof-of-principle experiment for nanoparticle-assisted laser wakefield acceleration
在目前的工作中，我们首次展示了纳米粒子辅助激光尾场加速的原理验证实验。通过激光烧蚀铝产生的纳米颗粒被引入等离子体中，并用于触发电子注入到由高功率飞秒激光激发的非线性等离子体尾流中。实验结果表明，与电子自注入的情况相比，电子束的能量、能量扩展和发散角都有明显的提高。质量最好的电子聚束的峰值能量高达338 MeV的相对能量扩展为4.7%和5.9 mrad的垂直发散。该方法可以通过添加空气动力学透镜系统来进一步改进，例如，该空气动力学透镜系统将控制纳米颗粒尺寸、密度、材料和注入位置，从而允许精确控制激光尾波场加速器。
2019-02-10 physics.plasm-ph
Single-pulse Gy-scale irradiation of biological cells at $10^{13}$ Gy/s average dose-rates from a laser-wakefield accelerator
本研究首次表征了能以单脉冲百飞秒尺度提供超过1 Gy剂量、平均剂量率达$10^{13}$ Gy/s的激光尾场加速器，并通过对胶质母细胞瘤和成纤维细胞的照射实验，揭示了超高剂量率引发的差异性细胞反应及相对生物学效应增加，为飞秒尺度放射生物学转化研究提供了独特平台。
2024-11-19 physics.med-ph 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
Narrow bandwidth, low-emittance positron beams from a laser-wakefield accelerator
本文实验演示了具备窄带宽、低发射度和飞秒时长的激光驱动超相对论正电子源，并通过模拟证明其可注入并加速于等离子体尾波场。
2023-07-11 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
Optimized laser-assisted electron injection into a quasi-linear plasma wakefield
提出了一种新的电子注入等离子体尾场加速方案。该方法基于最近提出的通过激光-固体相互作用产生快速电子的技术：具有数十mJ能量的飞秒激光脉冲以$45^o$角度撞击致密等离子体靶，排出良好准直的电子束，并将这些电子束加速到接近镜面方向的几MeV。我们研究了在低密度等离子体中，由外部束流驱动器激发的准线性尾场对这些快电子的捕获。这种配置可能与CERN的AWAKE实验有关。我们改变不同的注入参数：注入的相位和角度，激光脉冲能量。导出了线性轴对称尾流的近似捕获条件。它是用来优化被困电荷，并通过三维粒子模拟验证。结果表明，当加速场为2.5 GV/m时，准线性等离子体波能捕获电荷$\sim$ 100 pC、横向归一化发射度为60 $μ$ m的电子束团，并能将其加速到几GeV的能量，10 m后电子束团的展宽为$\lesssim$ 1%.
2021-09-07 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
Consolidating Multiple FemtoSecond Lasers in Coupled Curved Plasma Capillaries
整合多个高能量飞秒尺度激光器有望实现从尾场粒子加速器到超高强度激光脉冲的前沿研究领域的基础研究。在未来的TeV激光粒子加速器中，增强短脉冲激光的同时引导的能力是至关重要的，其中激光能量耗尽是主要的挫折。我们提出，分析和实验证明巩固多个飞秒脉冲激光耦合弯曲毛细管。我们证明了耦合弯曲毛细管的原理方案，其中两个飞秒激光脉冲相结合。我们发现，耦合区和注入方案的细节是至关重要的脉冲合并。此外，我们的模拟表明，高强度的短脉冲激光可以引导在一个小曲率半径的毛细管。在弯曲毛细管激光耦合器中实现这些发现将是实现米长TeV激光基粒子加速器的重要一步。
2018-05-02 physics.plasm-ph
Photon Phase-Space Dynamics in a Plasma Wakefield Accelerator
研究等离子体谐振加速器中光子相空间动力学，揭示光子加速可产生亚飞秒短波长辐射的新方法。
2025-12-09 math-ph math.MP physics.optics
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
Experimental Demonstration of Beam-Driven Wakefield Acceleration in Laser-Plasma Filament
INFN-LNF（意大利国家核物理实验室）；Università di Roma Tor Vergata（罗马托尔维加塔大学）；Racah Institute of Physics, Hebrew University（希伯来大学拉卡物理学研究所）
本研究通过实验演示了利用激光等离子体丝实现束驱动激荡加速，展示了超过250 MV/m的加速场，并验证了该方法在高重复率和可控等离子体参数方面的优势。
2026-02-26 physics.plasm-ph
Single-shot multi-keV X-ray absorption spectroscopy using an ultrashort laser wakefield accelerator source
利用激光尾场加速器产生的多keV X射线进行了单次吸收测量。用200 TW激光器驱动激光尾流场加速器，产生最大能量超过1 GeV、发散角为$\approx15$毫弧度半高宽的宽带电子束。这些电子的Betatron振荡在5 keV区域产生$1.2\pm0.2\times10^6$光子/eV，具有约300：1的信噪比。这足以允许在Single Shot中在钛样品的K边缘处进行高分辨率XANES测量。我们证明，这个源是能够单次拍摄，同时测量的电子和离子分布的物质加热到电子伏特的温度与DFT模拟比较。高通量、大带宽、几飞秒持续时间的X射线脉冲与高功率激光同步的独特组合将使超快能量过程（如电子-离子平衡）的研究取得关键进展。
2019-12-05 physics.ins-det physics.plasm-ph
Azimuthal decomposition study of a realistic laser profile for efficient modeling of Laser WakeField Acceleration
超短脉冲高强度激光器的出现为激光等离子体相互作用物理的研究开辟了新的、有前途的、但又具有挑战性的领域。建造拍瓦飞秒激光器的成功，例如法国的阿波罗激光器，将有助于理解和设计未来的粒子加速器和下一代光源。实现这一目标本质上依赖于实验和大规模并行模拟之间的结合。目前，粒子模拟程序已经成为精确描述激光与等离子体相互作用的最终工具，特别是在激光尾流场加速（LWFA）领域。然而，激光等离子体加速器的3D数值模拟可能是一项非常具有挑战性的任务。这是由于该过程中涉及的尺度之间的大分散性。为了使这种模拟具有显著的加速可行性，我们需要使用简化的数值模型来简化问题，同时保持高保真度。在这些模型中，傅立叶场分解的方位角模式的圆柱形的几何形状是一个很有前途的减少模型，特别是对于物理问题，具有接近圆柱对称性的情况下，在LWFA。这种几何结构已经在Maxwell求解器的时域有限差分（FDTD）离散化方案的开源代码Smilei中实现。在本文中，我们将研究的情况下，一个现实的激光测量从阿波罗设施，这种方法的能力，正确地描述它和必要的模式数的确定为此目的。我们还将显示更高的模式包含在现实的激光轮廓的情况下，以确保仿真的保真度的重要性。
2020-01-14 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Terahertz-based longitudinal phase space diagnostics of laser wakefield accelerated electron beams
Tsinghua University（清华大学）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）
本研究采用太赫兹横向偏转腔结合偶极磁铁，实现了激光尾场加速电子束纵向相空间的高分辨率诊断，揭示了能量窗口参数对束团时长的调控规律，为优化压缩电子束提供了策略。
2026-08-11 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Capturing relativistic wake eld structures in plasmas using ultrashort high-energy electrons as a probe
提出了一种新的方法，该方法能够捕获等离子体中以接近光速传播的相干电场结构，时间分辨率可达几飞秒。该方法利用飞秒长的相对论电子束团探测强激光脉冲或超短相对论带电粒子束在等离子体中产生的尾流。当探针束穿过尾流时，其动量受到尾流的电场的调制，导致探针束在自由空间传播后的密度变化。探测器密度的这种变化产生了尾流的快照，该快照可以直接给出尾流结构及其演变的许多有用信息。此外，该快照允许详细映射尾流场的纵向和横向分量。我们开发了一个理论模型，场重建和验证它使用3维粒子在细胞（PIC）模拟。该模型不仅能准确地再现线性区尾流场结构，而且能定性地反映非线性尾流场的主要特征。作为这种新方法应用的一个例子，通过三维PIC模拟证明了非线性尾流中注入的捕获。
2016-10-18 physics.plasm-ph
Bayesian optimization of laser wakefield acceleration in the self-modulated regime (SM-LWFA) aiming to produce molybdenum-99 via photonuclear reactions
本文利用贝叶斯优化对自调制激光尾波场加速进行参数寻优，在5 TW、15 fs激光条件下获得中位能量14-17 MeV、电荷600-1300 pC的电子束，并初步评估其通过光核反应生产医用同位素钼-99的潜力。
2024-09-29 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Generation of meter-scale hydrogen plasmas and efficient, pump-depletion-limited wakefield excitation using 10 GeV electron bunches
本研究依托SLAC的FACET-II装置，用10 GeV时间结构化电子束团生成米级氢等离子体并激发高效尾场，验证了泵浦耗尽效应与能量传输效率，为提升PWFA重复频率和能量效率提供了实验支撑。
2023-10-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Dual-energy electron beams from a compact laser-driven accelerator
超快泵浦-探测实验开启了实时跟踪基本材料行为（如电子构型变化）的可能性。迄今为止，大多数这些实验都是使用电子或高能光子束进行的，这些光子束与红外激光脉冲同步。如果不仅使用单个，而且使用多个同步的超短高能束，则可以探索许多新的机会。然而，这需要能够产生例如双能量电子束的先进辐射源。在这里，我们演示了从一个紧凑的激光尾场加速器同时产生双电子束。每个光束的能量可以在很宽的范围内单独调整，我们的分析表明，聚束长度和它们的延迟本质上相当于飞秒。我们的概念验证结果展示了未来在实验室规模上进行多光束实验的优雅方式。
2020-03-04 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Beatwave Excitation of Plasma Waves Based on Relativistic Bi-Stability
考虑了等离子体波激发的非线性拍波机制。两个拍波驱动器被认为是：强度调制的激光脉冲和密度调制（微聚束）电子束。结果表明，即使拍波频率与电子等离子体频率失谐，拍波长脉冲也能在尾流中激发出强等离子体波。如果拍波振幅超过解析计算的阈值，则尾流是由非线性等离子体波的动态双稳态引起的。在微聚束驱动的等离子体尾场加速器的背景下，这种激发制度可以应用于开发飞秒电子注入器。
2004-04-27 physics.plasm-ph
Attosecond-Angstrom free-electron-laser towards the cold beam limit
在自由电子激光器（FEL）中，电子束质量对X射线脉冲的产生至关重要。最先进的直线加速器（直线加速器）可以提供具有足够质量的多GeV电子束用于硬X射线自由电子激光，尽管需要公里级的设置，而基于等离子体的加速器可以在米级的距离上产生多GeV电子束，并且开始达到足够用于EUV自由电子激光的束质量。我们表明，从等离子体光电阴极的电子束比国家的最先进的许多数量级的亮度可以产生在等离子体尾场加速器（PWFA），然后提取，捕获，运输和注入到波动器没有质量损失。这些超亮、亚飞秒电子束可以在冷束极限附近驱动硬X-FEL，以产生阿秒-埃级的相干X射线脉冲，仅在10米的波荡器后就达到饱和。这种等离子体-X-FEL为新的光子科学能力开辟了道路，例如在原子的自然时间和长度尺度上不受干扰地观察原子内部的电子运动，以及更高的光子能量。
2022-12-08 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Ultrarelativistic regime in the propagation of an ultrastrong, femtosecond laser pulse in plasmas
在完全相对论性电子抖动速度和激光尾场加速方案的范围内，用解析和数值方法研究了多拍瓦、饼形激光脉冲与非磁化等离子体的相互作用。该研究适用于目前可用的规格，或计划在不久的将来，在弗拉斯卡蒂的Ti：Sa弗拉斯卡蒂激光加速和多学科实验（火焰）。新的非线性方程推导出一个三时标的描述，与一个中间的时间尺度与激光波的非线性相位。他们描述了一个平等的立足点，强和中等的激光强度制度，有关的核心和边缘的脉冲。这些具有根本不同的色散特性，因为在核心中，电子几乎完全被非常强的有质动力驱逐，并且电磁波包嵌入真空通道中并且具有（几乎）线性特性，而在脉冲边缘处，激光幅度较小并且波是色散的。非线性相位提供了一个过渡到一个非色散电磁波在大强度和饱和的先前已知的非局部立方非线性，而不违反所施加的标度律。激光脉冲的时间演化研究的模型方程的数值解在一个二维的几何形状，目前使用的光斑直径的自注入测试实验（SITE）与火焰。发现最稳定的初始脉冲长度为约1 $μ$ m，这比目前可用的短几倍。观察到的激光脉冲的拉伸，其次是真空通道和一个非常大的静电尾流电位的发展，以及弯曲的激光波阵面。
2014-07-30 physics.plasm-ph
Laser-driven high-quality positron sources as possible injectors for plasma-based accelerators
射频加速器可持续的加速场的幅度的内在约束要求追求替代和更紧凑的加速方案。其中，基于等离子体的加速器可以说是最有前途的，这要归功于它们可以维持的高加速场，大大超过了GeV/m。虽然基于等离子体的电子加速现在已经足够成熟，可以在这个方向上进行系统的研究，但正电子加速仍然处于起步阶段，目前正在进行的项目有限，为进一步的实验提供可行的测试设施。在这篇文章中，我们提出了一个最近证明的激光驱动配置作为一个相对紧凑和廉价的高品质的超相对论正电子源的激光驱动和粒子驱动等离子体尾场加速研究。蒙特卡罗模拟表明，近期的高强度激光设施可以产生高电流，飞秒尺度的持续时间，并在GeV范围内的能量足够低的归一化发射度的正电子束注入进一步的加速阶段。
2018-06-07 physics.acc-ph 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
Bayesian Optimisation of Non-linear Breit-Wheeler Pair Production in Simulated Laser Experiments
Lancaster University（兰卡斯特大学）；Cockcroft Institute（科克夫研究所）；University of Warwick（华威大学）；York Plasma Institute, University of York（约克等离子体研究所，约克大学）
该研究通过贝叶斯优化方法，在模拟激光实验中优化非线性布里特-韦勒对产生条件，考虑激光抖动影响，提升对产生效率。
2026-01-30 physics.plasm-ph
Dynamic convergent shock compression initiated by return current in high-intensity laser solid interactions
该研究通过PIC和流体模拟揭示，高强激光照射固体线靶时，返回电流引发的磁压力和表面烧蚀共同驱动会聚冲击压缩，其机制由等离子体β决定，并提供了产生Gbar级高压的新平台。
2023-11-13 physics.plasm-ph
TeV Electron Beams from Plasma Acceleration via Regenerative Cascading
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
研究如何实现TeV能量电子束，采用再生级联的等离子体尾场加速方法，该方法具有自动对准同步匹配等优点，粒子模拟显示由两级加速器产生了能量均方根展宽约0.3%、电荷为0.12 nC的1.1 TeV电子束。
2026-07-10 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Extended X-ray absorption spectroscopy using an ultrashort pulse laboratory-scale laser-plasma accelerator
本文利用激光尾波场加速器在单次发射中观测到铜K边250 eV窗口内的EXAFS特征，同时获取电子与离子结构信息，为探测高能量密度物质和远离平衡态物理提供了实验室级超快X射线吸收光谱新手段。
2024-07-01 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
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
