High Efficiency Gamma-Ray Flash Generation via Multiple Compton Scattering
对四束对称碰撞激光脉冲辐照近临界密度（NCD）靶产生γ射线闪光进行了数值研究。在峰值强度约为$10^{23}$ W/cm $^2$的情况下，激光脉冲通过直接激光加速来提高电子能量，同时用有质动力将它们向内推动。在用反向传播的激光反向散射之后，被加速的电子被捕获在由激光脉冲的相干重叠产生的光晶格或电磁驻波（SW）中，并且以多康普顿散射方式发射伽马射线光子，其中电子充当将能量从激光传递到伽马射线的介质。从激光脉冲到γ射线的能量转换率可高达50%
2016-10-04 physics.plasm-ph
Beyond the ponderomotive limit: direct laser acceleration of relativistic electrons in sub-critical plasmas
我们研究了一个制度，其中线偏振激光脉冲相对论强度照射亚临界等离子体远长于特征电子响应时间。在这种情况下，在具有准静态横向和纵向电场的等离子体中形成稳态通道。这些相对较弱的场显著地改变了电子动力学。纵向电场减少了电子和波之间的纵向失相，导致来自脉冲的电子能量增益的增强。在这个制度中的能量增益最终是有限的，由在通道中的等离子体引起的波前的超光度。横向电场改变了横向电子速度的振荡，使其保持与激光电场反平行，并导致显著的能量增益。能量增强伴随着垂直于驱动运动平面的显著振荡的发展，使得高能电子的轨迹是三维的。适当的电子注入到激光束中可以进一步提高电子能量增益。
2016-02-28 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
Relativistic electron acceleration by mJ-class kHz lasers normally incident on liquid targets
我们报告的观察千赫脉冲激光加速电子能量高达3兆电子伏的- $k_\text{laser}$（向后）的方向，从3兆焦耳的激光相互作用，在正常入射的固体密度，流动的液体目标。电子/MeV/s.r.这里使用mJ级激光器记录的>1 MeV超过或等于先前使用较低重复率和倾斜入射的激光器进行的超有质动力电子研究。持续时间为40 fs的激光的焦点强度为1.5 $\cdot$ 10 $^{18}$ W cm $^{-2}$，对应于仅约80 keV的电子有质动力能量。不同的激光强度证实了电子能量在激光反射方向上远远高于预期的有质动力标度在垂直入射激光靶的几何形状。这种直接、垂直入射的能谱测量是通过修改最终的聚焦离轴抛物面（OAP）反射镜，使其具有允许电子通过的中心孔，并通过自适应光学恢复激光强度来实现的。为这项研究开发了一种基于Lanex的无光学高采集速率（>100 Hz）磁电子光谱仪，以实现拍摄到拍摄的统计分析和实时反馈，这是在寻找最佳的等离子体前条件时所利用的。三维粒子在细胞模拟的相互作用表明定性的超有质动力谱与实验一致。一个高重复率，高通量源包含>MeV的电子从几兆焦耳，40飞秒激光和一个简单的液体靶的演示鼓励未来的$\geq$千赫重复，飞秒持续时间的电子束应用的发展。
2017-07-20 physics.plasm-ph
Particle-in-Cell Simulations of Electron Beam Production from Infrared Ultra-intense Laser Interactions
超强激光技术的进步首次使中红外（中红外）波长的相对论强度成为可能。预计在这一领域的进一步实验研究，我们提出了高分辨率的二维粒子在细胞（PIC）模拟结果使用大规模等离子体（LSP）的代码，探索强烈的中红外激光与密集的目标相互作用。我们给出了在宽的强度（0.03 < $a_0$ < 39）和波长（λ =780 nm、3 μm和10 μm）范围内的30个PIC模拟结果。早期的研究，限于λ =780 nm和$a_0 \sim$ 1 [1，2]，确定了垂直入射激光与致密靶相互作用的激光镜面方向上的超有质动力电子加速。我们将这项研究扩展到中红外波长，并发现一个更普遍的结果，即发生正常入射超有质动力电子加速，只要激光强度不是高度相对论性的（$a_0 \lesssim 1$）和前等离子体尺度长度类似或长于激光波长。在这些条件下，射出的电子角分布和能量分布与[2]中使用的分析模型的预期相似。我们还发现，对于$a_0 \sim 1$，中红外模拟表现出一个典型的有质动力陡峭的模式，在离子和电子密度分布的多个峰值。在不久的将来，将有可能利用中红外激光技术和干涉测量法对这种基本的激光-等离子体相互作用过程进行实验验证。
2017-04-26 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
Comparison between illumination model and hydrodynamic simulation for a Direct Drive laser irradiated target
本文研究了激光束在极轴49 °和131 °处照射的球形靶。照明模型已被用来评估假设圆形和椭圆形的超高斯激光强度分布的照射不均匀性和照射方案已被优化的极性直接驱动技术的装置。已经进行了参数研究，提供了作为极性直接驱动位移和激光强度分布参数的函数的照射不均匀性。此外，还对具有恒定平坦时间功率脉冲特征的激光束照射塑料球进行了二维轴对称流体动力学模拟。在这些模拟中，已经跟踪了向内冲击波的前部，提供了任何非均匀性的时间演化。两种方法-照明模型和流体动力学数据-提供的结果进行了比较，发现照明模型再现了流体动力学数据所表现出的主要行为。这两个模型为最佳极轴直接驱动参数和类似的最佳超高斯分布提供了兼容值。
2014-06-30 physics.plasm-ph
Observation of Strong Terahertz Radiation from a Liquid Water Line
由于强吸收，液态水产生太赫兹辐射长期以来一直被认为是不可能的。最近的一些工作报道了从水产生太赫兹，但机制尚不清楚，效率需要提高。实验表明，用毫焦耳飞秒激光束照射直径为$\sim 200 μm$的水线/水柱，可以产生场强为$\rm 0.2~MV cm^{-1}$的单周期太赫兹辐射.这种强度比从空气中产生的强度高100倍。我们将其机理归结为激光-有质动力-力-感应电流在水柱界面附近对称性破缺。这一机制可以解释我们的以下观察：只有当激光传播轴偏离柱中心时才能产生辐射;偏离决定了它的场强和极性;无论激光是p偏振还是s偏振，它总是p偏振的。该研究提供了一种简单有效的基于液态水的桌面太赫兹光源方案。
2018-12-24 physics.plasm-ph
High-angle Deflection of the Energetic Electrons by a Voluminous Magnetic Structure in Near-normal Intense Laser-plasma Interactions
相对论强激光加速电子的物理机制并不局限于临界密度面，它也渗透到靶前的亚临界等离子体中。在这里，粒子可以从叠加的激光中获得许多倍的有质动力能量，并且强场可以增长。使用高对比度激光和规定的激光预脉冲的实验表明，发展的预等离子体具有意想不到的强大的影响，最具活力的，超有质动力电子。提出的二维粒子在细胞模拟揭示了如何强大的，体积庞大的磁结构，在前等离子体的影响高能量电子更显着比低能量的更长的脉冲持续时间，以及如何倾斜的目标，以一个适度的入射角的常见做法可以足以启动强偏转。其含义是，多个角度的光谱测量是必要的，以防止误导性的结论，从过去和未来的实验。
2018-10-04 physics.plasm-ph
Weibel instability in relativistic asymmetric electron positron plasma
我们考虑了相对论强电磁波与各向同性电子正电子等离子体相互作用的情况，即，我们考虑强度高达1021 W/cm ~ 2的短脉冲激光，其中光子密度为1030 cm ~ 3量级，电场强度E = 10^9 statvolt/cm。这种情况在天体物理和实验室等离子体中是可能的，这些等离子体受到强激光辐射，从而导致非热平衡场辐射。超强激光辐射与各向同性对等离子体的这种相互作用导致低频电磁EM波的产生，特别是准稳态磁场的产生。相对论性圆偏振横电磁波沿z轴传播时，产生有质动力，影响粒子沿其传播方向的运动。另一方面，粒子在传播方向上的运动由有质动力势定义。此外，色散关系的横向电磁波使用一个特殊的分布函数，它具有各向异性的形式，推导出，随后研究了一些特殊情况。在一般情况下，它示出的EM波的增长率强烈地依赖于它的强度。
2018-04-26 physics.plasm-ph
Inverse Compton scattering from solid targets irradiated by ultra-short laser pulses in the $10^{22}-10^{23}\,\mathrm{W/cm^2}$ regime
采用粒子模拟方法研究了超强激光脉冲与薄固体薄膜相互作用中通过非线性逆康普顿散射过程（ICS）产生的高能γ射线辐射。它示出的ICS光子的角分布有一个向前取向的两个方向的结构，中心在一个角度$\vartheta = \pm 30^\circ$，一个值预测的理论模型的基础上的驻波近似的电磁场在前面的目标，这只增加在最高的强度，由于更快的钻孔，这使得近似无效。转换效率随驱动脉冲强度呈超线性增加。通过电子核韧致辐射的发射相比，它表明，更高的吸收，更快的钻孔进一步增强，在具有较低的原子序数的目标强烈有利于ICS过程。
2019-12-17 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
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
Electric field dynamics and ion acceleration in the self-channeling of a superintense laser pulse
本文用一维静电有质动力学模型研究了相对论强度的激光脉冲在低密度等离子体中传播时产生电场和离子径向加速的动力学过程，该模型用于解释电场的实验测量[S. Kar等人，New J. Phys. *9*，402（2007）]。离子在空间上聚焦在电荷位移通道的边缘，导致流体动力学破裂，这又导致电子加热和电场中的“回波”效应。在通道的中心区域中的完全电子耗尽的开始导致到“库仑爆炸”制度的平滑过渡和离子加速的饱和。
2008-07-30 physics.plasm-ph
Electron dynamics in counter-propagating laser waves
采用一种新的方法研究了对向传播激光中的电子动力学，即当没有微扰激光时，新的哈密顿量是与时间无关的。揭示了随机电子动力学的物理图象，并在不同的激光偏振方向和电子初始动量下，导出了微扰激光场触发随机电子加速的幅度阈值。它表明，电子和主导激光之间的退相速率（新的哈密顿量）可以随机减少，如果微扰激光的振幅是高于阈值，使电子可以被主导激光加速远远超过有质动力能量标度。超光速相速度的影响进行了研究，这稍微改变了随机区域的哈密顿空间，如果超光速相速度是在一个阈值，但显着降低了最大电子动能。所有的分析考虑证实了数值模拟。
2019-08-01 physics.plasm-ph
Bright betatron radiation from direct-laser-accelerated electrons at moderate relativistic laser intensity
本研究针对中等相对论激光与近临界密度等离子体作用场景，通过三维粒子模拟研究直接激光加速电子的betatron辐射，获得高光子数的X射线，并验证了其在相衬成像中的应用潜力，可服务于高能量密度实验需求。
2021-04-23 physics.plasm-ph
Theory of Relativistic Surface Plasmon Excitation on Smooth Surface by High-Intensity Laser
The University of Liverpool（利物浦大学）；Cockcroft Institute（科克克罗夫特研究所）；Center for Applied Physics and Technology, HEDPS, and SKLNPT, School of Physics, Peking University（北京大学物理学院应用物理与技术中心、HEDPS和SKLNPT）；Helmholtz Institute Jena（耶拿亥姆霍兹研究所）；Friedrich-Schiller-Universität Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；The University of Manchester（曼彻斯特大学）
本文提出了一种经典理论，研究高强度激光驱动下光滑等离子体-真空界面的相对论表面等离子体激发，分析了表面几何对激发强度和模式选择的影响，揭示了相对论效应在介电响应中的重要作用。
2026-04-29 physics.plasm-ph
A "slingshot" laser-driven acceleration mechanism of plasma electrons
我们简要报告最近提出的[G。菲奥雷河费代尔大学等离子体21（2014），113105]，[G. Fiore，S. De Nicola，arXiv：1509.04656]电子加速机制称为“弹弓效应”：在适当的条件下，超短超强激光脉冲撞击低密度等离子体表面，预期会导致表面高能电子束沿与脉冲传播方向相反的方向被驱逐;这是由于巨大的有质动力、由电荷分离产生的巨大纵向场以及激光光斑的有限尺寸的相互作用。
2016-03-13 physics.plasm-ph
Toy model of the "fountain effect" for magnetic field generation in intense laser-solid interactions
一个非常简单的“几何”模型的喷泉进行了分析，以评估在地面上的净流量所产生的叠加源和下降流。在此基础上，提出了强激光辐照固体靶后表面由于快电子在真空中逃逸而产生的“喷泉效应”所产生的磁场的一种定标方法。
2012-02-02 physics.plasm-ph
Identifying the source of super-high energetic electrons in the presence of pre-plasma in laser-matter interaction at relativistic intensities
在一维平板近似下，采用粒子模拟方法研究了相对论强度激光与物质相互作用中预等离子体对超高能电子产生的影响。研究了$1\ μ\text{m}$、$5\ μ\text{m}$、$10\ μ\text{m}$和$15\ μ\text{m}$的不同前等离子体尺度长度，发现随着前等离子体尺度长度的增加，电子的粒子数和截止动能都增加，截止动能大大超过相应的激光有质动力能.提出了一个两阶段的电子加速模型来解释基本物理。第一阶段是纵向电场和激光脉冲的协同加速，其加速效率取决于等离子体尺度长度。这些在第一阶段预加速的电子可以建立一个强烈的静电势垒，其最大值是初始电子动能的几倍。部分高能电子在静电势垒的反射作用下被进一步加速，最终的动能明显高于第一阶段的预加速值。
2015-12-23 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Analytic model of stable shock-like structures in laser interaction with underdense plasma for identifying of phase and polarization dependent regime of laser wakefield accelerators
本文建立了解析模型和数值方法，用于描述超强激光在低密度等离子体中形成的稳定激波状结构，并据此快速识别载波包络相位效应显著、相位与偏振依赖的超有质动力机制，以加速激光尾波场加速器的设计。
2024-10-23 physics.acc-ph physics.app-ph physics.plasm-ph
Improved ion bunch quality of conical target irradiated by ultra-intense and ultra-short laser
本文通过粒子在胞模拟比较不同偏振 SEL 100 PW 激光与平面及锥形 Th 靶构型，发现左锥角中厚靶在线偏振激光下可获得平均能量达 7 GeV、束流强度达 0.8 MA 的高质量重离子束。
2025-05-13 nucl-ex physics.plasm-ph
Brilliant attosecond γ-ray emission and high-yield positron production from intense laser-irradiated Nano-Micro array
本研究提出超强激光辐照带衬底纳微阵列的新方案，可高效产生超短超亮阿秒γ射线与超稠密高产额正电子，揭示了转换效率的标度规律与调控方法，为阿秒核科学和高能量密度物理研究提供新途径。
2020-12-28 hep-ph physics.plasm-ph
Surface plasmons in superintense laser-solid interactions
我们回顾了超强激光与固体靶相互作用的研究，其中传播表面等离子体激元（或表面波）的产生起着关键作用。这些研究包括等离子体的不稳定性在辐照表面的发病，增强的二次发射（质子，电子，光子作为高谐波在XUV范围内）在飞秒与光栅目标的相互作用，和产生的单极电流脉冲皮秒持续时间。实验结果证明了在相对论电子动力学的非线性区域中存在表面等离子体激元。这些发现开辟了一条路线，以改善超短激光驱动的高能辐射源，更一般地说，在高场制度的等离子体激元的扩展。
2017-11-14 cond-mat.other physics.app-ph physics.optics
