High contrast few-cycle frontend with hybrid amplification for petawatt-class lasers
本文提出一种混合飞秒光学参量与负啁啾钛宝石放大架构，实现10毫焦级高对比度少周期种子源，支持拍瓦级激光器，输出13毫焦、14.4飞秒脉冲，对比度超10^12。
2025-08-08 physics.optics
Compact Petawatt-Class Laser Wakefield Acceleration with Plasma Telescope
针对高功率激光尾场加速焦距过长的问题，提出用OAP等离子体镜构成望远镜结构，将焦距缩至米级，模拟显示1米光程下可产生9 GeV电子束，为百拍瓦级紧凑加速器提供方案。
2023-09-19 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Beam Distortion Effects upon focusing an ultrashort Petawatt Laser Pulse to greater than 10$^{22}$ W/cm$^{2}$
当超短激光脉冲被紧紧聚焦到接近其中心波长的尺寸时，聚焦光斑的性质偏离衍射极限的情况。在这里，我们报告的F/1离轴抛物面（OAP）的紧聚焦拍瓦级激光束的行为的这种变化。考虑到残余像差、近场空间分布和指向误差的影响，我们估计了聚焦光斑峰值强度与理想情况的偏差。我们验证了估计的峰强度值在测量值的可接受误差范围内。随着目标对准中的增加的不确定性，我们扩展估计以推断在该F/1 OAP的焦平面处的目标的$\geq$ 10 $^{22}$ W/cm $^{2}$的靶上峰值强度。
2019-03-08 physics.optics
In-house beam-splitting pulse compressor with compensated spatiotemporal coupling for high-energy petawatt lasers
实现千焦级高能拍瓦（PW）到百拍瓦（100 PW）脉宽为ps到fs的激光器的最大瓶颈之一是压缩器中需要大到米级的光栅，以避免激光对光栅的损伤。然而，这种高质量的米级光栅目前还很难制造。在这里，我们提出了一种新的内部分束压缩器的基础上的属性，即光栅的损伤阈值依赖于脉冲宽度。新方案由于分束光束共用前两个平行光栅，在提高稳定性的同时，节省了昂贵的光栅，并简化了压缩器的尺寸。此外，基于玻璃板的透射波前比大光栅的衍射波前能更好、更精确地控制这一事实，提出了设计透射波前的玻璃板来补偿由第二、第三光栅和其他内部光学器件（如分束器）引入的波前畸变。这种方法简单、经济，可以补偿压缩器内的时空畸变，从而提高压缩器外变形镜由于角啁啾而无法补偿的焦强。与多光束拼接孔径组合方案相结合，新的压缩器提供了一种新的方案，以实现高能量PW-100 PW激光器，甚至艾瓦激光器相对较小的光栅在未来。
2020-05-26 physics.optics
Towards the generation of petawatt near-infrared few-cycle light pulses via forward Raman amplification in plasma
针对红外波段缺乏合适增益介质导致难以实现极高功率光放大的问题，提出等离子体前向拉曼放大新方案，通过共传播泵浦与种子脉冲的群速度差异实现高效能量转移，经分析模型与模拟验证可将1.8μm种子脉冲强度放大10⁴倍并自压缩至近单周期，为拍瓦级少周期红外激光提供新途径。
2025-02-12 physics.optics physics.plasm-ph
Plasma Lenses for Relativistic Laser Beams in Laser Wakefield Accelerators
将拍瓦级激光束聚焦成用于不同应用的各种光斑尺寸在成本、劳动力和空间方面是昂贵的。在本文中，我们提出了一种等离子体透镜，利用激光自聚焦效应灵活地调整激光束的大小。使用固定的常规聚焦系统将激光聚焦在等离子体前方的短距离处，我们可以在一定范围内调节有效激光束腰，就好像使用各种聚焦系统与等离子体透镜一起充当望远镜中的可调节目镜。这样的设置是一个强大的工具，激光尾场加速器实验在国家的最先进的拍瓦激光项目，并允许扫描焦斑参数。
2019-01-23 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Dispersive Properties of Plasma Diffraction Gratings: Towards Plasma-Based Laser Pulse Compression
Stanford University（斯坦福大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
研究通过实验测量等离子体传输光栅的角色散、角带宽和衍射角，证实其色散和衍射特性与光学理论一致，为等离子体光栅压缩器设计提供可能方案，指向皮瓦至艾瓦峰值功率紧凑激光器的发展路径。
2026-04-29 physics.optics physics.plasm-ph
Generation of high power spatially-structured laser pulses via forward Raman amplification in plasma
本研究提出基于等离子体前向拉曼放大（FRA）的通用方案，通过理论建模与粒子模拟证明可将近红外结构种子激光放大1e4~1e5倍并自压缩至拍瓦级亚周期脉冲，为高场物理提供紧凑、高功率结构光产生途径。
2025-06-27 physics.optics physics.plasm-ph
Temporal contrast reduction techniques for high dynamic-range single-shot temporal contrast measurement
拍瓦级高动态范围激光脉冲时间对比度的单次测量，不仅对改善拍瓦级激光装置本身的条件有重要意义，而且对各种高强度激光物理实验也有重要意义，至今仍是一个难题。在这项研究中，提出了一个新的想法，提高动态范围的单次拍摄的时间对比度测量，使用新的时间对比度降低技术。应用单级脉冲拉伸、抗饱和吸收或光学克尔效应的原理验证实验成功地将时间对比度降低了大约一个数量级。结合SRSI-ETE方法，其动态范围表征能力提高了约一个数量级，达到约109。预期可以使用级联的时间对比度降低过程来表征更高的动态范围时间对比度。
2019-02-14 physics.optics
Imaging electron angular distributions to assess a full-power petawatt-class laser focus
本文提出利用稀薄气体电离电子的二维角分布成像，在全功率下诊断拍瓦级激光峰值强度与焦斑非理想性，并通过单发测量和修正参数化验证其有效性。
2023-09-27 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Direct High-Power Laser Acceleration of Ions for Medical Applications
理论研究表明，线性和径向偏振的多太瓦和拍瓦激光束，聚焦到亚波长腰部半径，可以直接加速质子和碳核，在微米尺寸的距离，强子癌症治疗所需的能量。由径向偏振激光加速的离子通常比由相同强度的线性偏振激光加速的离子具有更有利的能量扩展。
2008-04-23 physics.acc-ph physics.optics
Vacuum birefringence detection in all-optical scenarios
在本文中，我们提出了一个全光学真空双折射实验，并评估其可行性的各种情况下。许多拍瓦级激光器投入使用，预计在不久的将来还会有更多的激光器投入使用，因此，将有前所未有的电磁场（$E_L\sim10^{14}-10^{15}$ V/m和强度$I_L\sim10^{21}-10^{23}$ W/cm $^2$）可用于实验。在我们的提议中，一个拍瓦级的激光器干扰量子真空，并在反向传播的探测激光束中产生延迟。将此延迟光束放置在马赫-曾德尔干涉仪（MZI）的一个臂中，允许通过相移测量真空折射系数。相干光和压缩光都被认为是最小的相位灵敏度评估。我们表明，使用现有的技术和一些适度乐观的假设，至少部分讨论的情况是可行的真空双折射检测实验。
2018-07-30 physics.optics quant-ph
Kinematic Constraints on Absorption of Ultraintense Laser Light
我们推导出固体对超强激光吸收的上限和下限，作为激光和等离子体基本参数的函数。这些限制自然出现从约束优化技术应用到激光固体相互作用作为一个强驱动的，相对论的，两个自由度的Maxwell-Vlasov系统的推广。我们证明了极值和相空间平均吸收必须总是随强度增加，并且当$10^{18} < I_L \ λ_L^2 < 10^{20}$ W $μ$ m $^2/$ cm $^{2}$时增加最快。我们的研究结果表明，基本的经验趋势增加分数吸收与辐照度，因此反映了潜在的相空间约束。
2013-11-12 physics.optics physics.plasm-ph
Low-dispersion low-loss dielectric gratings for efficient ultrafast laser pulse compression at high average powers
我们已经开发出低色散（1480 l/mm），无共振，衍射光栅的介电材料耐飞秒激光损伤$(SiO_{2}/HfO_{2})$。用能制作对角线达1 m的光栅的设备制作了直径为14 cm的样品，在λ = 810 nm处的平均衍射效率为99.1%，均匀性为0.4%。这些光栅在面外几何结构中压缩30 fs脉冲的实现可以导致压缩器效率为~ 95%。测得的激光吸收比目前的超快拍瓦级压缩器光栅低500倍，这将使这些激光系统的平均功率处理能力大幅增加。
2018-11-06 physics.ins-det physics.optics
A compact laser-plasma source for high-repetition-rate bi-modal X-ray and electron imaging
本文提出一种紧凑型激光等离子体源，以2毫焦耳每脉冲在1千赫兹下产生同步电子和X射线脉冲，实现双模态成像，分辨率达微米级，媲美大型拍瓦系统。
2025-04-24 physics.app-ph physics.optics physics.plasm-ph
A dark-field setup for the measurement of light-by-light scattering with high-intensity lasers
本文提出一种共用聚焦光学元件的暗场实验装置，可在拍瓦级高场激光设施中于强背景下探测单光子级量子真空光-光散射，并估计了不同偏振下的信号光子数。
2024-04-16 hep-ph physics.optics quant-ph
Information-Optimal Sensing and Control in High-Intensity Laser Experiments
本文提出基于信息论与贝叶斯推断的统一框架，实现高强度激光脉冲的完整时空信息获取、利用脉冲间时间相关性提升测量精度，并将信息最优测量原理扩展至主动感知与贝叶斯优化，推动测量设备从被动收集转向主动参与。
2025-06-05 cs.IT math.IT physics.acc-ph
Asymmetric four-grating compressor for ultrafast high power lasers
由于光学元件的尺寸和损伤阈值受到限制，激光对光学元件的损伤限制了拍瓦（PW）激光器峰值功率的提高和运行安全。脉冲压缩器中的衍射光栅一直是脉宽激光器中最短的板条，因此制作高质量的米级光栅仍然是一个挑战。本文提出了一种用于PW激光器的非对称四光栅压缩器（AFGC），与传统的对称结构Treacy四光栅压缩器（TFGC）相比，在不增加光学元件和不增加额外控制的情况下，提高了PW激光器的最大输出脉冲能量和运行安全性。在AFGC中，可以在输出激光束中引入适当的空间色散，这能够减小输出光束在最终光栅上的激光空间强度调制（LSIM）。引入的空间色散可以通过使用时空聚焦技术在焦平面处自动补偿。基于这种简单的AFGC设计，不仅可以降低最终光栅的损坏风险，而且理论上最大输出脉冲能量可以提高约1.8倍。作为一个例子，100 PW的输出功率理论上可以通过使用AFGC与输入光束尺寸为550*700 mm 2。
2021-05-11 physics.optics
Detectable Optical Signatures of QED Vacuum Nonlinearities using High-Intensity Laser Fields
量子电动力学（QED）是迄今为止经过最精确检验的量子场论。然而，特别是在高强度的制度，它预测到目前为止还没有直接在全光学实验，如光子光子散射现象引起的量子真空波动的各种现象。在这里，我们专注于在高强度的电磁场制度的量子真空效应的全光学签名。我们提出了一个实验装置产生的信号光子可区分的背景。这种配置是基于两个光脉冲petawatt激光器：一个产生一个狭窄的，但高强度的散射中心，由另一个探测。我们计算的信号光子的微分数，可与此字段配置解析，并将其与驱动激光束的背景进行比较。
2020-03-10 hep-ph physics.optics
Dynamical Schwinger effect and high-intensity lasers. Realising nonperturbative QED
我们考虑了在两束强度为10^{20}-10 ^{22} W/cm ^2的反向传播光学激光束的焦点处产生真空e^+e^-对的实验验证的可能性，这是用当今的拍瓦激光器可以实现的，并且接近施温格极限：在ELI处将达到10^{29} W/cm ^2。我们的方法是基于无碰撞动力学方程的e^+和e^-分布函数的演变由一个非马尔可夫源项对生产。作为真空对产生的可能的实验信号，我们考虑e^+e^-湮灭为γ-对，以及高频探测激光束被产生的e^+e^-等离子体折射。我们讨论了动力学对产生过程对激光波长的依赖性，特别强调了在X射线领域（X-FEL）的应用，以及在高强度激光下μ^+μ^-和π^+π^-对产生的前景。我们研究了使用高强度激光器作为离子束的“助推器”的前景，其能量范围为每核子几个GeV，这是相关的，例如，在实验室实验中探索QCD相变。
2008-11-21 hep-ph nucl-th physics.optics
Experimental evidence and theoretical modeling of two-photon absorption dynamics in the reduction of intensity noise of solid-state Er:Yb lasers
本文对Er，Yb：Glass激光器中双光子吸收引起的强度噪声降低进行了理论和实验研究。结果表明，双光子吸收机制的时间响应对激光强度噪声谱的行为起着重要的作用。一个模型，包括一个额外的速率方程的双光子吸收损失的开发，并允许预测的实验观察。
2013-02-20 physics.optics
Experimental estimates of the photon background in a potential light-by-light scattering study
高功率短脉冲激光器为研究量子真空的强场效应提供了一条很有前途的途径，例如在全光学领域通过光子-光子直接散射。基于目前或不久的将来可实现的实际激光参数的理论预测预测了几个光子与碰撞的拍瓦激光脉冲的散射，需要单光子敏感的检测方案和非常好的时空滤波和背景抑制。在这篇文章中，我们提出了这种光子背景的实验研究，只用一个高功率激光脉冲紧紧聚焦在真空室的残余气体。将焦点区域成像到单光子敏感的时间门控相机上。由于在我们的情况下预期没有可检测的量子真空签名，因此该设置允许表征和第一次减轻背景贡献。对于所采用的设置，在低于$1\times 10^{-4}$ mbar的残余气体压力下，不完美光学器件的表面散射占主导地位。外推的结果，光子-光子散射研究相关的强度进行了讨论。
2022-03-11 hep-ex physics.optics
Femtosecond-laser-induced nanoscale blisters in polyimide thin films through nonlinear absorption
飞秒激光脉冲的非线性吸收提供了一个独特的机会，将能量沉积在任何介质中的一个区域是低于脉冲的焦点直径。通过透明的高带隙材料（如玻璃）照射聚合物薄膜，然后在聚合物中非线性吸收800 nm的光，使我们能够进一步限制沿传播方向的非常薄的层的吸收。我们通过模拟飞秒激光诱导的聚合物改性的线性，双光子和三光子吸收，并讨论了控制聚合物中的能量吸收，多光子过程提供了这种限制。能量沉积在薄聚合物膜后面引起突出的水泡。我们目前的实验结果与脉冲能量的气泡直径和高度缩放。使用0.95 NA聚焦，我们获得了直径小至700 nm的激光诱导气泡，这表明基于气泡的激光诱导前向转移在单微米尺度上和以下是可能的。使用飞秒激光形成亚微米气泡也提供了一种新的方法，直接，精确的激光写入的微结构的薄膜上的单激光脉冲。该方法是光刻、激光铣削和基于激光的增材加工的可能替代方案，其保持表面成分不变。
2020-05-08 physics.app-ph physics.optics
Searching for Axions on a Higher Note: Third-Harmonic Generation from Colliding High-Intensity Laser Beams
University of L’Aquila（拉奎拉大学）；CNR-SPIN（意大利国家研究委员会自旋物理中心）；INFN Sezione di Padova（帕多瓦国家核物理研究所）
该研究提出利用两束约$10^{24}\\,\mathrm{W/cm^2}$的非共线偏振高强度激光对撞产生的三次谐波，实现类轴子粒子的生成与探测，可共振增强转换率，有望探测未被探索的轴子参数空间区域。
2026-09-02 hep-ex hep-ph physics.optics
