Internal surface plasmon excitation as the root cause of laser-induced periodic plasma structure and self-organized nanograting formation in the volume of transparent dielectric
考虑到小尺度电离场不稳定性的可能性，对聚焦飞秒激光脉冲在透明介质（熔融石英）中产生的光学放电的动力学进行了计算机模拟。采用Maxwell Garnett公式建立了纳米分散非均匀介质模型，考虑了熔融石英中微小杂质的存在。计算的结果使得有可能揭示以前未知的物理机制，该机制确定了在每个单个击穿脉冲中形成的有序等离子体场结构的周期性，并且是暴露于一系列重复脉冲的介电材料中的有序体积纳米光栅形成的根本原因。在这一机制中，有两个要点具有决定性意义：（i）在与入射激光脉冲反向传播的击穿波前处形成薄的超临界等离子体层，以及（ii）在该波前处激发“内表面等离子体激元”，导致等离子体中随机种子扰动的相应空间谐波的快速放大以及周期等于表面等离子体激元的波长（电介质中波长的0.7）。
2020-06-26 physics.optics physics.plasm-ph
Super stealth dicing of transparent solids with nanometric precision
提出基于背向散射干涉爬行机制的超隐形切割技术，突破传统激光加工衍射限制，在多种透明固体中同时实现数十纳米切割宽度与10³～10⁴纵横比。
2024-02-13 physics.app-ph physics.optics physics.plasm-ph
Direct laser acceleration in underdense plasmas with multi-PW lasers: a path to high-charge, GeV-class electron bunches
Institute of Plasma Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院等离子体物理研究所）；University of Michigan（密歇根大学）；University of California San Diego（加州大学圣迭戈分校）
本研究通过优化激光聚焦策略，在低密度等离子体中实现高能电子束加速，为未来高能物理实验提供可能的技术路径。
2024-03-07 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
Plasma wave undulator for laser-accelerated electrons
激光等离子体加速器由于在过去十年中取得的显著进展，已经成为能量高达千兆电子伏范围的超短电子束的紧凑源。这些电子聚束的直接应用是产生短脉冲X射线辐射源。在这封信中，我们研究了一个全光驱动的X射线源的基础上的组合的激光等离子体加速器和等离子体波荡器。利用激光等离子体波的纵向电场使电子横向摆动。该等离子体波荡器的周期等于等离子体波长，可以利用100-200 MeV范围内的电子能量实现10 keV范围内的可调谐光子能量。考虑到一个10 s TW级的飞秒激光系统，强度参数K约为0.5、周期约为10的波荡器可以与激光等离子体加速器相结合，从而使每个电子产生几个10^-2的X射线光子。
2011-04-12 physics.plasm-ph
Laser-Cluster-Interaction in a Nanoplasma-Model with Inclusion of Lowered Ionization Energies
利用改进的纳米等离子体模型，对强激光场与银团簇和氩团簇的相互作用进行了理论研究。考虑了单脉冲和双脉冲激励。研究了稠密团簇环境对内电离过程的影响，包括电离能的降低。激光与团簇相互作用的动力学发生了很大的变化。特别是对于银团簇，电离能的降低导致高电荷离子产率的增加。
2008-09-18 physics.atm-clus 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
Ion energy scaling under optimum conditions of laser plasma acceleration
从三维粒子模拟的结果中导出了一个新的最大质子能量$e$与激光脉冲能量$E_L$的标度关系。利用数值模拟，在飞秒相对论激光脉冲与最佳厚度的普通半透明靶相互作用期间，质子被加速[Esirkepov { \it et al.}物理修订信函{ \bf 96}，105001（2206）]。缩放，$e \sim E_L^{0.7}$，已经获得了宽范围的激光能量，不同的光斑尺寸，和激光脉冲持续时间。我们的研究结果表明，箔靶的最佳厚度的适当选择，结果在一个非常有前途的离子能量与激光强度的增加，即使在辐射压力（光帆）制度以下的参数范围内。所提出的分析模型与数值模拟结果是一致的。
2014-09-11 physics.plasm-ph
Efficient ion acceleration by collective laser-driven electron dynamics with ultra-thin foil targets
本文介绍了用具有超高对比度和线性偏振的激光脉冲辐照超薄类金刚石碳（DLC）薄膜（厚度远低于趋肤深度）进行离子加速的实验。质子和碳离子的最大能量分别为13MeV和71MeV，转换效率> 10%。二维粒子模拟结果表明，当靶对入射激光脉冲透明时，离子能量的增加主要归因于箔电子的集体运动，而不是热运动。
2009-09-12 physics.plasm-ph
High-energy-density electron-positron pair plasma production and its dynamics in the relativistic transparency regime
采用粒子模拟方法研究了两束反向传播的激光脉冲作用下薄金属箔中高能量密度电子-正电子对等离子体的产生及其动力学过程。我们比较了相对论透明和不透明区域中量子电动力学过程中电子-正电子对和γ-光子的产生，发现目标透明度可以由于形成稳定的驻波（SW）而显着增强电子-正电子对的产生。当激光强度达到几个10 e ~（23）W/cm ~ 2时，为了提高电子-正电子对的产生，薄膜的最佳密度为200 - 280 n_c（n_c为激光临界密度）。在这样的箔密度下，激光能量转换成电子-正电子对比在710n_c的箔密度下高大约四倍，而激光能量转换成伽马光子保持几乎相同。因此，产生了最大强度高于10 e20 W/cm 2的高密度电子-正电子等离子体。进一步观察到的调制动力学产生的对等离子体时，目标箔变得透明。结果表明，由两束对向传播的激光直接形成的稳定慢波不仅能将产生的正负电子对捕获到它们的节点上，而且能周期性地调制被捕获粒子的平均能量、相空间和角分布。然而，由于缺乏稳定的SW场，类似的捕获和调制效应在不透明区域变得模糊。
2017-06-22 physics.plasm-ph
Microengineering laser plasma interactions at relativistic intensities
我们报告的第一个成功的原理验证实验，操纵激光物质的相互作用在微尺度上使用高度有序的硅微丝阵列。高对比度短脉冲激光通过周期性硅微丝与平面靶的相互作用产生了所产生的电子束的总能量和截止能量的大幅增强。自生的电场和磁场表现为电磁透镜，当电子通过直接激光加速（DLA）获得相对论能量时，电磁透镜将电子限制和引导在微丝之间。
2015-09-16 physics.plasm-ph
Electron acceleration by laser plasma wedge interaction
一个新的电子加速机制被确定，开发时，相对论强激光照射的楔形过密等离子体。这引起了具有显著纵向电场的衍射电磁波，其将来自等离子体的电子在长距离上加速到相对论能量。利用$I λ_0^2 =3.5\times 10^{19}\,{\rm W μm^2/cm^2}$激光束获得了能量高达100 MeV的高电荷态电子束团。一个简单的分析模型支持的多维粒子模拟，证实了所提出的加速方案的效率和鲁棒性。
2022-02-16 physics.plasm-ph
Laser ion acceleration from tailored solid targets with micron-scale channels
激光离子加速是利用激光与固体相互作用产生快离子的一种很有前途的方法。在这项研究中，我们从理论上研究了从拍瓦级激光脉冲与结构化目标的相互作用中加速离子的可行性，该结构化目标体现了一个充满相对论透明等离子体的微米级通道。利用二维和三维粒子模拟和理论估计，我们表明，这是可能的，产生GeV质子具有高体积电荷和准单能的功能，在能谱。我们将加速机制解释为目标正常鞘层加速度和辐射压力加速度的组合。最佳参数的目标制定理论和验证使用2D PIC模拟。三维PIC模拟和现实preplasma轮廓运行与二维PIC显示的可行性，目前可用的拍瓦激光设施的实验实施所提出的激光离子加速方案。
2022-01-17 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
Laser Acceleration toward PeV Feeling the Texture of Vacuum
确定了激光、等离子体和加速器技术的一组大致参数，这些参数是针对达到PeV高的加速电子能量定义的。这些参数是从控制激光加速物理学的标度定律中分离出来的，近年来在理论上提出并在很大范围内进行了实验探索。我们将这些知识外推到PeV能量。在10^16 cm^-3量级的密度范围内，可以考虑将现有的NIF（或LMJ）激光器或其扩展激光器用于适当的改装。虽然发光的野心没有追求，这种能量本身可能会让我们开始感受和研究“真空结构”的物理学。这是一个不需要光度范式的基础物理探索的例子。通过将具有极端能量的加速电子转换为类似能量的伽马光子，并让它们在足够的距离内通过真空传播，这些极高能量（因此波长短）的光子经历最小的真空结构和波动。如果我们能够测量到达时间差，从而测量伽马光子速度作为不同能量的函数，例如0.1 PeV与1 PeV，比方说在阿秒精度内，我们就可以收集有价值的数据，如果伽马光子仍然遵守相对论的前提，或者真空结构开始改变这些基本原理。目前研究这个问题的唯一方法可能是研究原始伽马射线暴（GRB）的天体物理数据，并与目前建议的方法进行比较。
2010-05-19 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
Accelerating Protons to Therapeutic Energies with Ultra-Intense Ultra-Clean and Ultra-Short Laser Pulses
本文讨论了强激光脉冲从用于强子治疗的超薄薄膜中加速质子的问题。随着在密歇根大学的Hercules激光器上实现的激光强度对比度提高到10-11，可以在高达1022 W/cm 2的强度下实现激光-固体相互作用，这允许从亚微米箔进行激光驱动离子加速的有效机制。定向库仑爆炸区超薄双层质子加速的PIC模拟不同厚度的（重离子/轻离子）箔在预期的实验条件下进行，用于Hercules激光器，脉冲能量从3到15 J，脉冲半高宽（FWHM）为30 fs，聚焦到0.8微米（FWHM）的光斑尺寸。在这种情况下，重离子主要在激光脉冲传播的方向上扩展，增强了加速轻离子的纵向电荷分离电场。已发现的最大质子能量的依赖性上的箔的厚度和激光脉冲特性已与目标的厚度相匹配，以确保最有效的加速。此外，质子光谱在高能量下显示出峰值结构，这是放射治疗所需的。2D PIC模拟表明，150-500 TW的激光脉冲能够将质子加速到100-220 MeV的能量。
2008-05-13 physics.med-ph physics.plasm-ph
One-dimensional mapping of femtosecond laser filaments using coherent microwave scattering
本研究利用相干微波散射技术对中红外飞秒激光光丝开展一维电子数密度映射，证实5-15 mJ脉冲能量下光丝轴向电子数密度与中段强度均近似恒定，验证了强度钳制效应，为光丝参数的纵向分辨绝对测量提供了新手段。
2024-09-12 physics.plasm-ph
Fast ignition of inertial fusion targets by laser-driven carbon beams
对离子束驱动的快速点火进行了二维数值模拟。计算了具有麦克斯韦能谱的质子和具有准单能分布和麦克斯韦能分布的碳离子的点火能量。本文研究了三种不同密度分布的氘氚压缩核周围日冕等离子体的影响。结果表明，准单能离子与压缩的氘氚原子有较好的耦合，点火能量明显较低。准单能碳离子和相对论电子作为点火器光束的比较显示出类似的激光能量要求，只要可以实现大约10%的激光到准单能碳离子的转换效率。
2009-10-08 physics.plasm-ph
Laser-plasma accelerated protons: energy increase in gas-mixtures using high mass number atomic species
利用二维粒子模拟方法研究了在激光等离子体加速过程中，利用高质量数原子的混合气体来提高质子能量的问题。比较和讨论的情况下，一个纯的氢等离子体，和等离子体含有较高的质量数物种与一个小的百分比的氢，我们证明了混合物增强加速质子的能量。我们还表明，使用气体混合物引入了使用密度比来改变物种的相对加速度的可能性。
2019-06-22 physics.plasm-ph
Propagation of Ultra-Intense Laser Pulses in Near-critical Plasmas: Depletion Mechanisms and Effects of Radiation Reaction
虽然，对于目前的激光脉冲能量，弱非线性制度的LWFA是已知的最佳达到最高可能的电子能量，即将到来的大型激光系统的能力将提供运行高度非线性制度的激光脉冲传播在欠密或近临界等离子体的可能性。使用扩展的粒子在细胞（PIC）模型，考虑到所有相关的物理，我们表明，这样的制度可以实现与外部引导一个相对较长的传播距离，并允许稳定的激光能量转换成其他类型的能量，包括大量的高能电子的动能和它们的非相干发射的光子。尽管激光脉冲的高强度触发了许多新的能量耗尽机制，但我们系统地研究了这些机制。
2017-04-05 physics.plasm-ph
Ion acceleration from micrometric targets immersed in an intense laser field
实验研究了强激光照射微米尺寸条形靶加速质子，仅用120 mJ能量即获超6 MeV质子，3D模拟揭示其机制并验证级联加速与光学调控能谱的可行性。
2025-05-31 physics.plasm-ph
Ultra-bright GeV photon source via controlled electromagnetic cascades in laser-dipole waves
未来高强度激光设施的一个目标是提供新的高通量伽马射线源。电磁级联可能有助于这一点，但已知会限制场强和粒子能量，将光子的有效产生限制在亚GeV能量。在这里，我们展示了如何通过级联和异常辐射俘获之间的受控相互作用来创建定向GeV光子源。利用先进的三维量子电动力学粒子模拟和解析估计，我们表明，这一概念是可行的计划峰值功率为10 PW的水平。40 PW的较高峰值功率可以在良好准直的3 fs光束中提供具有GeV能量的$10^9$光子，实现峰值亮度${9 \times 10^{24}}$ ph s $^{-1}$ mrad $^{-2}$ mm $^{-2}$ /0.1 ${\%}$ BW。这样的源将是研究基本电磁和核过程的有力工具。
2016-10-20 physics.plasm-ph
Enhancement of maximum attainable ion energy in the radiation pressure acceleration regime using a guiding structure
辐射压力加速是利用强激光脉冲与固体靶相互作用，获得高最大能量、准单能离子束。需要极高功率的激光脉冲或激光辐射的紧密聚焦。后者将导致出现最大可达到的离子能量，这是由激光群速度和高度受靶的横向膨胀的影响。离子加速只有在靶速度小于激光群速度时才可能。目标的横向膨胀使其对辐射透明，从而降低了加速的有效性。利用外部引导结构来加速激光脉冲可以提供补偿群速度和横向膨胀效应的方式。
2013-10-30 physics.plasm-ph
Ion Acceleration by Short Chirped Laser Pulses
从理论上研究了短频率啁啾激光脉冲对离子的直接激光加速。我们证明了可以产生动能展宽约1%的强离子束。啁啾的激光脉冲允许粒子获得数百兆电子伏的动能，这是强子癌症治疗所需的，从脉冲的能量的顺序为100 J。它示出，几个周期的啁啾脉冲可以加速离子更有效地比长的，即更高的离子动能达到相同的总电磁脉冲能量。
2015-02-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Enhanced laser-driven ion acceleration by superponderomotive electrons generated from near-critical-density plasma
报道了激光驱动双层靶加速离子的实验研究，双层靶是在纳米级薄类金刚石碳膜的前面覆盖一层厚度为几微米的近临界密度靶。在相对论激光脉冲作用于线偏振双层靶时，质子最大能量从12 MeV显著提高到30 MeV。我们将增强的加速度归因于超有质动力电子，这些电子在实验中同时测量，其能量远远超出自由电子有质动力极限。我们的解释是支持二维模拟结果。
2017-10-26 physics.plasm-ph
Anomalous lepton acceleration in the radiation reaction dominated reflection regime
研究发现，松散聚焦超强激光与反向电子作用时，辐射反应可使轻子反射并被不对称场加速至远超初始能量，模拟展示10拍瓦级激光高效产生多GeV准单能正电子，为宇宙射线起源提供新解释。
2025-04-25 physics.plasm-ph
Towards Megajoule X-ray Lasers via Relativistic 4-Photon Cascade in Plasma
一个非常有效的机制，在高激光强度和功率下工作，被确定为将巨大的激光能量光谱转移到较短的紫外和X射线波长。由于目前在近光波长处可以获得兆焦耳激光能量，这种转移将使兆焦耳X射线激光成为可能，这是对现在产生的毫焦耳X射线脉冲的巨大进步。
2019-09-03 physics.optics physics.plasm-ph
Radiation induced acceleration of ions
在强激光脉冲作用下，辐射摩擦对透明靶的电子动力学有很大的影响。特别是，通过修改电子的运动，它可以强烈地增强纵向电荷分离场，从而刺激离子加速。我们提出了一个模型和模拟结果，这样的辐射诱导的离子加速和研究的最大可达到的平均离子能量相对于激光和目标参数的缩放。我们还比较了这种机制的性能与传统的。
2021-05-14 physics.plasm-ph
Optimized laser ion acceleration at the relativistic critical density surface
在实现高能离子束的超短激光脉冲与等离子体的相互作用的努力，体积加速机制超过目标正常鞘加速已经得到了关注。相对论强度的激光可以使近临界密度的等离子体缓慢透明，从而促进离子在运动的相对论临界密度前沿的同步加速。虽然模拟承诺极高的离子能量在这个制度，挑战在于实现的超相对论激光脉冲（$a_0\gtrsim 30$）驱动的反射相对论电子前沿和最快的离子，这对激光和等离子体参数施加了一个狭窄的参数范围的同步运动。我们提出了一个分析模型的相关过程，证实了广泛的参数模拟研究在1D和3D几何形状。通过对脉冲宽度等离子体前沿密度分布的泰勒化，可以优化质子加速性能，并在相对论密度面上扩展有效离子加速的参数空间范围。
2022-01-24 physics.plasm-ph
Scaling laws for direct laser acceleration in a radiation-reaction dominated regime
研究了超强激光脉冲（$a_0>100$或$I>10^{22}~\mathrm{W/cm^2}$）辐照下亚临界等离子体通道内电子的加速。在这种情况下，辐射反应显着改变电子动力学。这不仅对可获得的最大电子能量有影响，而且对激光场中电子感应加速器运动和电子振荡之间的相位匹配过程也有影响。我们的研究包括分析描述，测试粒子计算和二维粒子模拟。我们显示单级电子加速到多GeV的能量在0.5毫米长的通道，并提供指导方针，如何获得超过10 GeV的能量使用最佳的初始配置。我们提出了所需的条件的形式明确的分析标度律，可以应用于规划未来的电子加速实验。
2020-07-15 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
Birefringence in thermally anisotropic relativistic plasmas and its impact on laser-plasma interactions
在相对论强度下，激光与等离子体相互作用所引发的范式转换现象之一就是所谓的相对论透明现象。当电子被激光加热到相对论能量时，等离子体变得对激光透明，即使在非相对论情况下等离子体密度足够高以反射激光脉冲。本文重点介绍了相对论透明性对激光-物质相互作用的影响，重点是与相对论透明性的发生有关的集体现象：热各向异性相对论等离子体中的等离子体双折射。这种系统的光学特性取决于光的偏振，这可以作为基于等离子体的光学器件或新诊断能力的基础。
2020-06-12 physics.optics physics.plasm-ph
Opacity of relativistically underdense plasmas for extremely intense laser pulses
人们普遍认为，相对论低密度等离子体对强激光辐射是透明的。然而，粒子模拟显示，对于$1~μ\mathrm{m}$的波长，高于约~ $3 \times 10^{24}~\mathrm{W}\,\mathrm{cm}^{-2}$的强度阈值的异常激光场吸收。在阈值以上，激光强度的进一步增加不会导致传输距离的增加。模拟考虑到硬光子的发射和随后的对光生在激光场。这些效应导致了一个自我维持的电磁级联的开始，并形成致密的电子-正电子（$e^+e^-$）等离子体的权利内的激光场。等离子体有效地吸收电场，保证了等离子体的不透明性。讨论了弱纵向电子-离子电场在级联生长中的作用。
2022-10-04 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Laser-driven nanoplasmas in doped helium droplets: Local ignition and anisotropic expansion
在氦纳米液滴中掺杂一个只有几个原子的微小氙簇，在低于氦原子电离阈值的激光强度下，可以使液滴完全电离。结果，本质上惰性且透明的液滴变成快速且强的红外线吸收剂。微观计算揭示了一个两步机制来负责戏剧性的变化：雪崩般的氦原子电离在飞秒时间尺度上，由场电离驱动，由于快速充电的氙核心，其次是共振吸收，由一个不寻常的雪茄形状的纳米等离子体在液滴内。
2009-02-16 physics.atm-clus physics.plasm-ph
Theory and simulations of radiation friction induced enhancement of laser-driven longitudinal fields
研究了强激光脉冲在考虑辐射摩擦的透明等离子体中传播时产生的准静态纵向电场。对于圆偏振和线偏振的驱动脉冲，我们开发了一个一维的分析模型的过程中，这是有效的，在很宽的范围内的激光和等离子体参数。我们定义的参数区域中的辐射摩擦的结果在一个重要的增强的纵向场。对产生的纵波的振幅和周期进行了估计和优化。我们的理论预测证实了一维和二维PIC模拟。我们还证明了数值计算，辐射摩擦应大大提高在等离子体中产生的纵向场由10 PW激光，如ELI光束线。
2018-01-11 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Multivariate scaling of proton and ion energies, divergence, and charge states in Target Normal Sheath Acceleration
National Technical University of Athens（雅典国立技术大学）
本研究通过统一多物理场模型推导出激光与靶参数与离子束特性之间的多变量标定关系，为优化激光驱动离子源提供预测性框架。
2025-12-24 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Chirped standing wave acceleration of ions with intense lasers
我们提出了一种新的机制，离子加速的基础上引导运动的电子从薄靶。电子的运动被锁定到由啁啾激光脉冲从目标后面的反射镜反射形成的驻波的移动节点。这提供了电荷分离的稳定纵向场，从而引起层的残余离子的啁啾驻波加速（CSWA）。我们证明，无论是分析和数值，准单能离子束的顺序为100兆电子伏的能量是可行的，为现实的脉冲能量为10 J。此外，更高的激光强度和层密度的标度律，表明稳定的GeV级的能量增益的密集的离子束，即将成为可用的激光强度。
2016-08-31 physics.optics physics.plasm-ph
Relativistic Whistle: High Order Harmonics Induced by the Ultra-Intense Laser Pulse Propagating inside the Fiber
用二维粒子模拟方法研究了超强短脉冲激光在光纤中的传输。纤维是一个狭窄的中空通道，其壁由过密的等离子体组成。在激光脉冲与光纤壁的非线性相互作用中，产生了高次谐波。足够高的谐波，纤维壁是透明的，以一定的角度向外传播。这是一个具有非常短波长的相干光超短脉冲发生器的方案。
2003-09-13 physics.comp-ph physics.ins-det physics.optics
Limitations of post accelerating ion beams using the snowplow field in a near-critical density target
Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；University of Rochester, Laboratory for Laser Energetics（罗切斯特大学激光能源实验室）；Department of Nuclear Engineering, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校核工程系）；Ohio State University（俄亥俄州立大学）；The Gérard Mourou Center for Ultrafast Optical Science, University of Michigan（密歇根大学杰拉德·穆鲁超快光学科学中心）
本文探究级联离子加速方案，讨论将离子束加速扩展至相对论能量的可能性，指出激光驱动离子加速受带电粒子与强电磁场相互作用基本特性限制，该方案或为实现相对论能量提供途径。
2026-08-17 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Injection dynamics of direct-laser accelerated electrons in a relativistic transparency regime
采用三维粒子模拟和理论分析相结合的方法，研究了激光直接加速（DLA）过程中电子注入的动力学过程。结果表明，当超强激光脉冲入射到近临界密度或相对论透明等离子体中时，纵向电荷分离电场激发出离子波。离子波调制了局部电场，并作为一组势阱将位于等离子体通道边缘的电子引导到中心区域，随后在中心区域发生DLA，同时指出自生方位磁场通过使电子偏离激光场区域而抑制了电子的注入过程.了解这些物理过程为进一步优化直接激光加速电子束和相关X/γ射线源的特性铺平了道路。
2017-11-27 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Vacuum laser acceleration of super-ponderomotive electrons using relativistic transparency injection
强激光可以在短距离内将电子加速到非常高的能量。这种紧凑型加速器有几个潜在的应用，包括快速点火，高能物理和射线照相。在激光加速电子的各种方案中，真空激光加速电子具有超高的加速梯度和非常简单的优点。然而它的实现一直很困难，因为将自由电子注入快速振荡的激光场中并不是小事。在这里，我们证明了自由电子注入和随后的真空激光加速电子高达20兆电子伏使用相对论透明效应。当高对比度强激光驱动薄固体箔时，来自致密不透明等离子体的电子首先被固体箔前面的激光驻波加速到近光速，随后随着不透明等离子体变得相对论透明而注入透射激光场中。可以通过操纵激光偏振、入射角和时间脉冲成形来进一步优化电子注入/加速。我们的研究结果也揭示了基本的相对论透明过程，对于产生次级粒子和光源至关重要。
2021-10-26 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Energy-chirp compensation of laser-driven ion beams enabled by structured targets
我们表明，使用3D模拟，产生密集的单能激光驱动的离子束与低角发散的挑战，可以克服利用结构化的目标与相对论透明的通道和过密壁。与产生啁啾离子束的均匀靶相比，靶结构促进密集电子束团的形成，该电子束团的纵向电场反转能量啁啾。这种方法与现有的加速机制结合使用，增强了离子谱。例如，我们的3D模拟预测了峰值强度为$5 \times 10^{22}$ W/cm $^2$的2 PW激光脉冲的显著改善。模拟示出了在200 MeV的高度期望的能量范围内的单能质子峰，具有几nC的前所未有的电荷和低于10 $^{\circ}$的相对低的发散。
2022-08-04 physics.acc-ph physics.app-ph physics.plasm-ph
Laser undulator by laser ponderomotive force
激光等离子体加速器作为产生高峰值电流相对论电子束的一种选择，引起了人们极大的兴趣。但产生的电子束单色性和发射度较差，难以产生高亮度辐射。本文提出了一种基于有质动力的小型柔性激光波荡器，用于构成毫米级同步辐射X射线源。我们证明，它可以产生明亮的辐射与几十keV的能量。这为实现高功率激光同步辐射光源的小型化开辟了一条新的途径。
2017-03-20 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
