Radiation Reaction of Betatron Oscillation in Plasma Wakefield Accelerators
本文提出了等离子体尾场加速器中电子感应加速器振荡辐射反应的经典模型。找到了纵向辐射反应产生的电子最大能量，分析了纵向和横向辐射反应效应对电子感应加速器振荡的阻尼。理论和数值解都显示出良好的协议。讨论了量子辐射的作用机制。该模型对于设计未来的等离子体超级加速器或对撞机具有重要意义。
2021-03-25 physics.plasm-ph
Generation of wakefields and electromagnetic solitons in relativistic degenerate plasmas
研究了相对论简并等离子体中强线偏振电磁波与纵向电子密度扰动的非线性相互作用。电磁波和纵向场的非线性动力学，由电磁波有质动力驱动，是由一组耦合的非线性偏微分方程。对这些耦合方程的数值模拟表明，在含有$R_0\equiv p_F/mc\ll1$和$v_g/c\sim1$的弱相对论简并等离子体中产生尾场是可能的，其中$p_F$是费米动量，$m$是电子质量，$c$是真空中的光速，$v_g$是EMW群速度.当$v_g/c$减小到$\sim0.1$时，尾波场的产生被抑制，而纵向场被局域化，形成类孤子结构。而在中等$(R_0\lesssim1)$或强相对论简并$(R_0>1)$与$v_g/c\sim0.1$的区域中，只能形成电磁孤子。
2020-01-10 physics.plasm-ph
Nonlinear Two-dimensional potential plasma wake waves
导出了冷等离子体中驱动电子束团产生尾波的势描述条件。得到了适用于小值势的二维非线性势方程，并用分离变量法求解。得到了在小坐标下运动束团后的椭圆余弦波形式的解，特别是在某些边界条件下，对应于欠密等离子体中的吹出区，该解表现为孤立的非线性波。用多重sacales法也得到了近似解。结果表明，即使在一级近似下，尾波振幅对纵坐标的依赖性也基本上取决于驱动束团电荷的分布，在一定条件下，尾波振幅可沿束团后部纵向距离增大。
1996-11-21 physics.plasm-ph
2-D fluid simulation of a rigid relativistic electron beam driven wakefield in a cold plasma
本文采用流体模拟方法研究了二维冷等离子体中相对论刚性束流驱动尾流场的行为。当梁的横向尺寸被选择为远大于其纵向范围，一个很好的协议与我们以前的1-D结果[ \textcolor{red}{\it Physics of Plasmas 22, 073109 (2015)} ]观察到的欠密和过密光束。当束流过密且其横向范围较小或接近纵向范围时，恢复了在PIC模拟中观察到的和Lu等人[ \textcolor{red}{\it Phys. Rev. Lett., 96, 165002 (2006)} ]解析建模的2-D吹出结构。为了定量评估粒子在这种尾流势结构中的加速度，采用了电子测试。结果表明，在10 cm长的等离子体中，由能量为$\sim 28.5$ GeV的驱动束后面的测试电子获得的最大能量可达$2.6$ GeV。这些观察结果与参考文献[ \textcolor{red}{\it Phys. Rev. Lett. 95, 054802 (2005)} ]中给出的实验结果一致。它还表明，由测试电子获得的能量得到加倍（$\sim 5.2$ GeV）时，测试粒子被放置在轴附近的第一个井喷结构的末端。
2018-03-01 physics.plasm-ph
Role of direct laser acceleration in energy gained by electrons in a laser wakefield accelerator with ionization injection
利用粒子模拟方法研究了激光尾流场加速器准井喷工作模式下激光横向电场对电子加速的影响。为了确保纵向压缩和/或横向聚焦的激光脉冲是不需要的尾流可以自陷等离子体电子之前，我们采用了电离注入技术。此外，改变等离子体密度，使得在最低密度下，激光脉冲仅占据尾流振荡的第一波长的一部分（加速桶），而在最高密度下，相同持续时间的激光脉冲填充整个第一桶。虽然在所有情况下，由于离子柱，被捕获的电子执行电子感应加速器振荡，在最低的等离子体密度，他们不与激光场相互作用，能量增益都是由于纵向尾场。然而，随着密度增加，由于在激光脉冲的偏振平面中经历电子感应加速器运动的那些电子的直接激光加速（DLA），可能对最大能量有显著贡献。最终，DLA可以是由于最高密度下的纵向场而导致的加速的主要能量增益机制。
2014-04-19 physics.plasm-ph
Accelerating field enhancement due to ion motion in plasma wakefield accelerators
等离子体尾场加速器中的离子运动会在波破裂前不久引起纵向电场的瞬时增大。这种增加是由于波能量在横向上的重新分布引起的，对于正确解释实验结果和加速高质量光束可能是重要的。
2019-06-17 physics.plasm-ph
Estimation of direct laser acceleration in laser wakefield accelerators using particle-in-cell simulations
许多当前的激光尾流场加速（LWFA）实验是在激光脉冲长度为尾流波长的量级或长于尾流波长并且采用电离注入将电子注入尾流中的情况下进行的。在这些实验中，被俘获的电子将与纵向尾场和横向激光场共同传播。在这种情况下，电子可以从直接激光加速（DLA）机制以及通常的LWFA机制中获得大量的能量。粒子在细胞（PIC）代码经常被用来辨别这两种机制的相对贡献。然而，如果在PIC模拟中使用的纵向分辨率是不够的，它可以产生数值加热，可以高估的横向运动，这是很重要的，在确定由于DLA的能量增益。因此，我们已经进行了系统的研究，这LWFA制度的变化的纵向分辨率的PIC模拟从标准的，最佳实践的分辨率为每激光波长30点的四倍，然后检查最高能量的电子和散装电子的能量增益特性。通过计算DLA对LWFA产生的电子的最终能量的贡献，我们发现，虽然在较低分辨率的模拟中高估了横向动量和振荡半径，但这种高估不会导致DLA的人工能量增益。相反，在较高分辨率的情况下，DLA对最高能量电子的贡献更大，因为DLA共振被更好地保持。因此，即使在最高的纵向分辨率下，DLA也贡献了由最高能量电子获得的能量的很大一部分，并且还有助于加速由LWFA产生的电子束中的大部分电荷。
2015-09-25 physics.plasm-ph
Neural-network-based longitudinal electric field prediction in nonlinear plasma wakefield accelerators
本文提出用神经网络直接预测等离子体尾场加速器轴上纵向电场，结合最小能散优化算法快速确定最佳束流加载参数，将计算时间从约7.6分钟降至0.1秒以内，并可提取关键设计参数。
2025-05-07 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Experimental Study of Wakefields Driven by a Self-Modulating Proton Bunch in Plasma
实验研究了等离子体中高度相对论性质子束团自调制时的纵向和横向尾流场。我们发现尾波场的增长和振幅随着种子振幅的增加以及等离子体中的质子束团电荷的增加而增加。我们研究横向尾场使用的最大半径的质子束分布测量屏幕上下游的等离子体。我们通过外部注入电子并测量其最终能量来研究纵向尾场。测量结果与理论和数值模拟预测的趋势一致，验证了我们对自调制发展的理解。实验是在先进尾场实验（AWAKE）的背景下进行的。
2020-07-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Temporal evolution of longitudinal bunch profile in a laser wakefield accelerator
由于其超短的持续时间和峰值电流在kA范围内，激光尾场加速电子束团是有前途的驱动器，用于超快X射线产生的紧凑型自由电子激光器（FEL），汤姆逊散射或电子感应加速器源。在这里，我们提出了第一个单次拍摄，高分辨率的测量的纵向聚束轮廓，而无需事先假设的聚束形状。我们的方法允许复杂的功能，如多束结构，被检测。改变气体目标的长度，从而改变加速长度，使得能够评估加速过程期间的聚束轮廓演变。我们发现一个最小的聚束持续时间为4.2 fs（半高全宽），拍摄到拍摄的波动为11%均方根。我们的研究结果表明，激光能量耗尽后，从激光驱动的粒子驱动的尾场发生的过渡，与二次聚束的注入。由此产生的双聚束结构可能作为一个优雅的方法，驾驶员见证型实验，即允许一个非失相限制加速的二次聚束在等离子体加力阶段。
2014-06-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Propagation of electromagnetically generated wake fields in inhomogeneous magnetized plasmas
研究了在具有非均匀背景磁场和密度分布的等离子体中短脉冲电磁波产生尾流场的问题，导出了尾流场的波动方程。在具有尖锐不连续性的介质中计算透射和反射系数。特别注意的是集中在电磁场的纵向部分被放大的发射波的例子。此外，应注意，尾流场可以传播出等离子体，从而提供关于电子密度分布的信息。本文提出了一种由实测尾流场谱重建背景密度分布的方法，并给出了数值例子。
2001-11-06 physics.plasm-ph
Electron Beam Chirp Dexterity in Staging Laser Wakefield Acceleration
粒子能量啁啾被证明是一个有用的工具，在分级激光尾场加速指向产生高质量的密集电子束。啁啾是补偿加速度场纵向不均匀性、实现能量色散本质降低的必要手段。这是通过利用分裂技术的等离子体和束电子的粒子在细胞模拟证明。适当选择的光束啁啾允许减少在每一个阶段的能量分散的数量级在加速到GeV的能量范围。
2021-02-20 physics.plasm-ph
Spatiotemporal THz emission from radial and longitudinal wakefields by copropagating chirped lasers in magnetized rippled plasma
University of Tehran（德黑兰大学）
研究通过FBPIC模拟探讨了共传播啁啾激光脉冲在磁化不规则等离子体中激发径向和纵向射频场的时空演化及其在太赫兹辐射生成中的作用，发现啁啾、脉冲持续时间和等离子体密度显著影响射频场振幅和相干性。
2026-04-27 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.optics
Stable high-transformer ratio beam-wakefield acceleration in cusp plasma channels
本文通过三维粒子模拟，研究在尖峰等离子体通道中利用结构化电子束激发高变压器比尾场，实现见证束的高效加速，并避免横向束流不稳定性。
2024-03-14 physics.plasm-ph
Transition from wakefield generation to soliton formation
众所周知，当短激光脉冲在欠密等离子体中传播时，它在脉冲之后以等离子体频率诱导纵向等离子体振荡，通常被称为“尾场”。然而，对于接近临界密度的等离子体密度尾场生成被抑制，而是EM脉冲进行非线性自调制。本文研究了随着等离子体密度的增加，从尾波场产生到准孤子形成的转变。为此，我们已经应用了一维（1D）相对论冷流体模型，这也被比较粒子在细胞模拟。一个关键的结果是，由于尾流场产生的EM脉冲的能量损失有其最大的等离子体密度的顺序为10%的临界密度，但尾流场产生急剧抑制时，密度进一步增加。
2017-12-20 physics.plasm-ph
Topology of Plasma Wakefields Driven by Two Color Laguerre Gaussian Laser Pulses
研究利用分析方法和准圆柱粒子在单元模拟，探讨了由两种颜色的拉格朗日多项式高斯激光脉冲携带轨道角动量驱动的等离子体wake场激发，发现有限 azimuthal 指数的驱动器产生较弱且不规则的轴向wake场，但径向分布显示能量向有限半径重新分布而非简单损失，轨道角动量携带模式产生空心和环形wake结构，混合高斯拉格朗日多项式高斯配置表现出中间行为，展示了结构化双色激光驱动器对等离子体wake场拓扑结构的改变以及对横向等离子体动力学、轴向加速和角动量介导的wake场结构的控制机制。
2026-07-03 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Theory of wakefield in a transversely inhomogeneous plasma waveguide
本文理论研究了横向非均匀等离子体圆柱波导中相对论驱动束团产生的尾场，推导了场分量解析式，分析了色散、本征波地形及尾场振幅分布与频谱。
2025-06-19 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Theoretical Analysis and PIC Simulations of Electromagnetic Wakefields Excited by Relativistic Beams in Magnetized Plasmas
University of Tehran（德黑兰大学）；Alzahra University（阿尔扎哈拉大学）
本文研究了强磁场中超相对论电子束在冷等离子体通道中激发的纵向和径向尾场，通过发展三维格林函数形式主义并结合PIC模拟，验证了磁场对尾场振荡特性的影响。
2026-04-28 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Effect of strong wakes on waves in two-dimensional plasma crystals
研究了粒子-尾流相互作用对二维等离子体晶体中尘埃晶格波模色散和偏振的影响。最值得注意的是，模式之间的尾流诱导耦合导致分支彼此“吸引”，并且它们的偏振变为椭圆。在模式杂交时，椭圆的长轴（保持相互正交）旋转$45^\circ$。为了证明所获得的实验结果的重要性，我们绘制的纵向和横波揭示不同的指纹的混合偏振的谱密度。此外，我们表明，在强耦合的混合模式显着转向较小的波数，远离边界的第一布里渊区（其中的混合模式是本地化的弱耦合）。
2013-12-06 physics.plasm-ph
Ion wake induced mode coupling in a horizontal chain in complex plasmas
实验研究了复杂等离子体中形成的水平尘埃链的离子尾流诱导模耦合，验证了以前的模拟结果。在模谱中检测到一个微弱的双支谱线，验证了垂直z（j=i $\pm$ 1）模与纵模x（i）模耦合的规律。观察到离散的不稳定性的分支的x-和z-模式彼此相交。不稳定性附近的模式谱在特定的耦合x和z模式下表现出增强的能量密度，作为这些不稳定性是由耦合模式之间的谐振引起的直接证据。通过对瞬时相对粒子间距涨落（IDF）的分析，发现不稳定性诱导的熔化阈值符合Lindemann判据。通过将模谱与k空间中的傅里叶级数和简正模本征向量的基相乘，进一步研究了模谱与色散关系之间的关系。典型的色散关系对应的纵向和平面外的横向尘埃晶格波（DLW），这也表现出独特的有限系统的特性，包括离散带和强烈的波动的能量密度。
2020-08-03 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
Longitudinal shaping of plasma waveguides using diffractive axicons for laser wakefield acceleration
研究展示了一种八级对数衍射轴棱镜（LDA）用于产生米级等离子体波导，通过形成类贝塞尔光束和漏斗状通道入口，提升了多GeV激光尾场加速的波导耦合能力。
2025-03-03 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Tail-wave-assisted Positron Acceleration in Nonlinear Laser Plasma Wakefields
相对论激光尾流场加速具有很高的加速梯度，非常适合于短距离电子加速，有望成为下一代小型加速器的候选者。然而，使用这种技术进行正电子加速仍然具有挑战性，因为带正电的粒子在非线性尾场中自然散焦。在这里，我们提出了一个计划，并数值模拟证明加速外部注入的正电子束在非线性激光尾流场中的制度，尾波的密度尖点后面形成。这种尾波可以提供一个聚焦力，除了纵向加速的正电子。三维粒子模拟结果表明，在非线性尾流场中，正电子的捕获效率接近100%是可能的。该方案可能会打开一个简单的方法，紧凑的正电子加速到多个100兆电子伏的太瓦级激光系统在高重复率，而不需要特殊的激光模式和等离子体结构。
2022-07-29 physics.plasm-ph
Effects of initial spin orientation on the generation of polarized electron beams from laser wakefield acceleration in plasma
本研究从理论和数值上探究预极化等离子体中初始自旋取向对激光尾波场加速电子束极化的影响，发现自旋动力学依赖自注入机制，纵向注入较横向注入更易获得高极化电子束。
2025-02-12 physics.plasm-ph
Wakes and precursor soliton excitations by a moving charged object in a plasma
研究了等离子体中运动带电源激发的非线性离子声波的演化。我们的冷流体方程组的全套数值研究超出了通常的弱非线性近似，并显示了丰富的各种解决方案，包括尾流，前驱孤子和钉扎孤子的存在与源速度。这些解决方案代表了一个大幅度的概括的解决方案，在过去获得的强制Korteweg deVries方程，并可以找到有用的应用在各种情况下，在实验室和空间中，只要有一个大的相对速度之间的等离子体和带电物体。
2015-11-13 physics.plasm-ph
Wakefield generation and electron acceleration via propagation of radially polarized laser pulses in homogeneous plasma
本文通过解析和FBPIC模拟，研究了径向偏振激光脉冲在均匀等离子体中产生尾波场并加速电子，相比线偏振脉冲，尾波场幅度和电子能量增益显著提高。
2024-12-23 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Excitation of plasma wakefields by intense ultra-relativistic proton beam
本文给出了强流超相对论质子束激发非线性电子等离子体波的精确解析行波解。它带出的基本物理纵向电场特性的激发尾波形成的驱动梁后面。结果进一步补充了一个完全相对论粒子在细胞（PIC）代码OSIRIS在二维几何。模拟中的等离子体和束流参数的选择与实验工作一致，它为我们提供了预期的轴向和横向电场分布。进一步扩展调查提供了一个解析描述的尾波激发的等间距小质子束训练与列入非相对论等离子体离子动力学。结果表明，尾流场的振幅并不随质子束团数目的增加而无限增长。相反，它会饱和到一个明确的极限。
2020-04-03 physics.plasm-ph
Formation and stability of a hollow electron beam in the presence of a plasma wake field driven by an ultra-short electron bunch
对等离子体尾流场作用下电子注在等离子体中的时空演化进行了数值研究。后者是由超短相对论轴对称飞秒电子束团驱动的。我们首先推导出一个新的泊松方程的尾流电位的驱动项是超短聚束密度，适当地考虑到之间的相互作用的锐度和高能量的聚束。然后，我们表明，形成一个通道纵向，通过外部注入的光束，同时经历的聚束驱动的等离子体尾场的影响，在热波模型的上下文中。通道的形成似乎是光束3D演化的最后阶段。这涉及在纵轴周围出现小细丝和气泡。气泡聚结形成相对稳定的轴对称中空梁结构。
2015-11-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Phase Mixing of Relativistically Intense Longitudinal Wave Packets in a Cold Plasma
本文用解析和数值方法研究了均匀非磁化冷等离子体中相对论强波包的时空演化和破缺。导出了相位混合时间尺度与波包振幅和谱宽的一般关系式。结果与文献中已有的公式进行了比较。结果表明，相位混合时间尺度主要取决于波包的振幅和无量纲谱宽的相对大小。最后，我们利用基于Dawson片模型的数值模拟，从波包的振幅和谱宽两个方面验证了我们的结果。
2016-02-25 physics.plasm-ph
Three-dimensional wake fields, generated in plasma by cylindrical electron bunch
得到了相对论电子束团在等离子体中（在等离子体波导或无限等离子体中）产生的尾流场的表达式，并分析了存在和不存在强纵向磁场的情况。对这两种情况下的电子束团参数的依赖性的场振幅进行了比较分析。
1998-04-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Ionization injection in a laser wakefield accelerator subject to a transverse magnetic field
通过理论分析和粒子模拟研究了激光尾场加速器（LWFA）中外加横向磁场对电子电离注入的影响。在施加几十特斯拉的磁场时，电子捕获条件和尾场结构都显著改变，使得注入发生在更短的距离上并且以增强的速率发生。此外，由于注入电子的本征椭圆形纵向电荷密度分布，束负载得到补偿。非线性电离注入和随之而来的补偿束负载导致的能量扩散的减少和增强的电荷和最终峰值能量的电子束从LWFA沉浸在磁场。
2018-06-28 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
Transverse magnetic field influence on wakefield in complex plasmas
本文研究具有横向分量的外磁场对流动复杂等离子体中带电颗粒尾流场的影响，发现横向磁场可引发长程往复振荡，并可用于调控颗粒相互作用与动力学。
2019-07-26 physics.flu-dyn physics.plasm-ph physics.space-ph
Two-Dimensional Nonlinear Regime in the Plasma Wakefield Accelerator
研究了非线性效应对相对论圆柱形带电聚束团激发等离子体尾波的影响。结果表明，由于非线性，尾波的振幅在纵向上得到调制。激发光场的非线性波长在横向上发生变化，导致相位波前畸变，产生湍流。非线性相位波前畸变可以通过未扰动等离子体密度的径向变化来补偿。
1999-04-08 physics.acc-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
Excitation of bulk and surface wakefields by a relativistic electron bunch in plasma of semiconductors and semimetals
研究了半导体和半金属等离子体中相对论电子束团激发的体尾波场的时空结构。结果表明，这些尾场由纵向等离子体激元场和切伦科夫电磁辐射场组成，切伦科夫电磁辐射是半导体或半金属波导的一组本征电磁波。在具有轴向真空通道的波导中出现了表面等离子体激元的分支。研究了相对论电子束团尾流激发表面等离子体激元的过程。确定了激励尾流表面波的强度。
2021-02-02 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Laser-plasma acceleration in a conical plasma channel with longitudinally inhomogeneous plasma profile
本文研究在纵向非均匀等离子体密度的锥形通道中提升激光等离子体加速性能，证明该结构能维持自注入束团加速相位并压缩激光脉冲，从而显著提高加速梯度和束团纵向动量。
2025-06-04 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Radial equilibrium of relativistic particle bunches in plasma wakefield accelerators
在等离子体尾场加速器的线性或弱非线性区域中，驱动粒子束很快与尾场达到径向平衡，这是第一次详细描述。结合解析关系、数值积分和第一性原理模拟，得到了平衡束流状态和自洽尾流场。在平衡态中，束流密度在轴附近强烈地达到峰值，束流半径沿着束流是恒定的，并且聚焦强度的纵向变化通过改变束流发射度来平衡。束粒子的横向动量分布依赖于观测半径，既不是可分的，也不是高斯分布。
2016-11-03 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Positron beam loading and acceleration in the blowout regime of plasma wakefield accelerator
在非线性井喷状态中的等离子体尾场加速已经被示出为提供高加速梯度和高能量传递效率，同时保持用于电子加速的大的束质量。相比之下，在这一制度下的正电子加速的研究仍处于初步阶段。我们发现，在电子束驱动的吹出腔的后部加载强正电子束，可以自洽地形成并维持同轴电子灯丝。通过一个分析模型和完全非线性模拟，我们表明，这种同轴电子灯丝不仅可以集中的正电子束，但改变加载的纵向尾场在一个明显不同的方式从电子束加载在井喷制度。利用模拟，我们表明，高电荷正电子束可以加速与百分之几十的能量转移从尾流到正电子，百分之水平诱导的能量扩展和几毫米$\cdot$ mrad归一化发射度，而显着耗尽的电子驱动束的能量。这个概念可以推广到电子束和正电子束的同时加速以及高Transformer比的正电子加速。
2022-11-15 physics.plasm-ph
Controllable high-quality electron beam generation by phase slippage effect in layered targets
由激光和等离子体相互作用产生的气泡结构的大小取决于局部等离子体密度。自注入电子相对于尾场的位置可以通过调整纵向等离子体密度来控制。提出了一种提高尾场加速电子能量和改善束流质量的方法，并利用密度增加的分层等离子体实现了该方法。尾场的大小和电子聚束持续时间显着收缩，在这个制度。电子保持在尾流场的强加速阶段，而它们的能量扩散由于它们的紧密空间分布而减小。通过2.5D PIC模拟得到了能量为0.5GeV、能散小于0.01的电子束流。
2014-09-01 physics.plasm-ph
A multi-sheath model for highly nonlinear plasma wakefields
提出了一种改进的描述非线性等离子体尾流场的相速度接近光速，并与完全动力学粒子模拟进行了比较。这些尾场由强粒子束或激光激发，将等离子体电子径向向外推动，产生由电子鞘层包围的离子泡，电子鞘层由源项$S \equiv -\frac{1}{en_p}(ρ-J_z/c)$表征，其中$ρ$和$J_z$是电荷和轴向电流密度。以前，鞘源项是用一个正定函数唯象地描述的，导致了一个正定尾流势。实际上，尾流电势在离子柱的后部是负的，这对于自注入和精确的束流加载模型是重要的。为了解释这一点，我们引入了一个多鞘模型，其中的源项，$S$，等离子体尾可以是负的离子泡以外的区域。利用这个模型，我们得到了一个新的表达式的尾流势和一个修正的微分方程的气泡半径。从这些方程得到的数值结果进行了验证，对卸载和加载尾流的粒子在细胞模拟。新的模型提供了准确的预测的形状和持续时间的拖尾束流轮廓，扁平等离子体尾场。它也被用来设计一个所需的纵向变化加载尾流场的拖尾束。我们提出了激光尾流场的光束加载结果，并讨论了如何在未来的工作中可以改善激光驱动器的模型。最后，我们讨论的多鞘和单鞘模型的预测梁加载之间的差异。
2021-03-24 physics.plasm-ph
Ultimate plasma wakefield acceleration with 400 GeV proton driver
发现了一种新的质子驱动等离子体尾场加速机制，即等离子体非线性使激发波相速度比质子相速度大。如果束电荷比激发非线性波所需的最小值大得多，则在选择纵向等离子体密度分布以使波速度接近光速方面有足够的自由度。这使得电子或正电子可以用400 GeV的质子驱动器加速到大约200 GeV。
2021-05-21 physics.acc-ph 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
Response of narrow cylindrical plasmas to dense charged particle beams
本文采用线性理论和数值模拟相结合的方法，研究了在较宽的等离子体密度范围内，径向轴对称等离子体对相对论带电粒子束的响应。我们提出了在稠密等离子体中产生的磁场的解析表达式，证明了尾场电位的消失以外的最外层等离子体电子的轨迹，并遵循尾场电位的变化，随着等离子体密度的降低。在高等离子体密度下，电子密度和径向电场的波前由于束流电荷和电流中和而发生畸变，而尾场电势和纵向电场的波前则没有畸变。在等离子体密度低于或束密度的顺序，多个电子流的发展等离子体内外，导致在非零的尾场电位等离子体柱周围。
2018-04-28 physics.plasm-ph
Evolution of longitudinal plasma-density profiles in discharge capillaries for plasma wakefield accelerators
本研究结合双色激光干涉仪与发射光谱诊断，揭示放电毛细管等离子体密度在微秒尺度由平顶向类高斯形的纵向演化，并测得温度，为尾场加速器参数调节提供依据。
2020-10-06 physics.acc-ph physics.ins-det physics.plasm-ph
Wake Perturbations in Laser- and Beam-Driven Plasma Wakefield Accelerators: A Symmetry-Based Multipole Classification
Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics (ELI-NP)（极光大设施核物理部）；Horia Hulubei National Institute for R&D in Physics and Nuclear Engineering (IFIN-HH)（霍里亚·胡利贝伊物理与核工程研发国家研究所）；INFN – Laboratori Nazionali di Frascati（意大利国家核物理研究所弗拉斯卡蒂国家实验室）
通过理想化尾波吹泡的对称性群，将尾波横向扰动按方位角多极阶数m分类，统一解释了激光和束驱动尾波加速器中的束流品质退化现象，并提出了m=3响应通道的可能性。
2026-06-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Excitation of Electromagnetic Wake Fields by one-dimensional Electron Bunch in Plasma in the Presence of Circularly Polarized Intense Electromagnetic Wave
研究了在强单色圆极化电磁波（CPEM）泵浦下，一维带电粒子束对电子等离子体中电磁尾波的激发.在零态（无聚束），泵浦波与等离子体的相互作用用麦克斯韦方程组和冷等离子体的相对论非线性流体力学方程描述。在此背景下，考虑了一维聚束对线性波的激发。结果表明，对应于泵浦波、聚束和等离子体的三种参数范围，所得到的感生波线性方程组有三种类型的解。在第一个范围内的参数值的横向分量的诱导波的振幅被示出为一束能量的增长，并在一定的值的相对论性因素的一束几乎是独立的能量和增加成比例的泵波的强度和频率。束团的相对论性因子对诱导波的纵向分量的依赖性很弱。它的振幅和波长随泵浦光强度的增加而增大。第二个参数范围是谐振参数范围。由聚束激发的波的振幅是到聚束的距离的线性函数。在第三范围的参数值的诱导场的纵向分量是本地化的聚束边界附近，并与这些边界的距离的增加呈指数下降。随着离聚束边界的距离增大，激发波横向分量的振幅趋于一个常数。
1999-01-29 physics.plasm-ph
Trapping, Compression and Acceleration of an Electron Bunch in the Nonlinear Laser Wakefield
本文提出并考虑了一种激光尾场加速方案，即当激光脉冲前有一束相对稀少的长束非相对论性或弱相对论性电子时。本文研究了在一维尾流场和三维激光尾流场中等离子体通道中测试电子的运动。结果表明，聚束被捕获，有效地压缩在纵向和横向方向上，并加速到超相对论能量的尾场的第一个加速最大值的区域。加速的聚束具有比等离子体波长小得多的尺寸和相对小的能量扩展。
2001-10-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Positron acceleration by plasma wake fields driven by a hollow electron beam
研究了利用空心或圆环形电子驱动束产生正电子尾流场的方案。环形的无电子区域围绕中空驱动器束形成，从而产生用于正电子加速的有利区域（纵向场加速，横向场聚焦并且径向线性）。10 GV/m的数量级的加速梯度产生的空心电子束驱动器与FACET一样的参数。峰值加速场随着束驱动器中的总电荷线性增加，而有利区域（$\sim$一个等离子体波长）的轴向尺寸保持近似固定。径向尺寸随着总电荷而下降，但仍然足够大以放置见证正电子束。我们模拟了一个有效的加速23 GeV的正电子束到35.4 GeV的最大能量扩展为0.4%，非常小的发射度超过140厘米的等离子体长度。
2014-10-31 physics.plasm-ph
Modulational instability in large-amplitude linear laser wakefields
通过二维粒子模拟研究了大振幅线性激光尾流场中离子密度扰动的增长。增长率和波数被发现是一致的纵向强场调制不稳定性（SFMI）。我们研究了高斯尾场包络的不稳定性的横向依赖性，并表明增长率和波数可以最大化离轴。轴上生长速率被发现随着离子质量或电子温度的增加而降低。这些结果与朗缪尔波的色散关系密切一致，朗缪尔波的能量密度比等离子体热能密度大。尾场加速器，特别是多脉冲计划的影响，进行了讨论。
2023-03-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Uniform focusing of sequence of relativistic positron bunches in plasma
基于等离子体的加速器维持比在常规加速器中获得的大几个数量级的加速梯度。在正负电子对撞机中，利用等离子体中激发的尾波场对电子束和正电子束进行聚焦是非常重要的。在等离子体中的聚焦机制，其中一个序列的所有电子聚束被相同地聚焦，已经被作者早先提出。本文用2.5D程序LCODE对等离子体中相对论性正电子束团序列的聚焦机制进行了数值模拟研究，其中序列中的正电子束团被均匀一致地聚焦。数值模拟了均匀等离子体中正电子长束团的自洽径向动力学。在模拟中，我们使用等离子体的流体动力学描述。换句话说，等离子体被认为是冷电子液体，正电子束团是宏观粒子的集合体。正电子束团被认为是纵向均匀的圆柱体。束团中的正电子在径向上按高斯分布。结果表明，在这种情况下，只有第一束团处于不等于零的有限纵向电尾流场中。其他束团在零纵向电尾流场Ez=0。该序列束团之间的纵向尾流场和径向力不为零。聚焦径向力的区域中，所占据的束，是恒定的沿每个束Fr= const。束之间的径向力是不均匀的。序列的所有正电子束团被相同地和均匀地聚焦。
2020-01-05 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Generation of ultrabrilliant polarized attosecond electron bunch via dual-wake injection
提出双尾波注入方案，利用径向偏振激光产生高亮度、高偏振的阿秒三束电子束，模拟显示其持续约500阿秒，亮度超10^14，偏振超80%，可用于超快成像等。
2023-11-15 physics.plasm-ph
Excitation and breaking of relativistic electron beam driven longitudinal electron-ion modes in a cold plasma
利用一维流体模拟技术研究了冷等离子体中相对论强电子-离子模的激发和破缺。为了激发该模式，我们使用了相对论刚性均匀电子束，该电子束以接近光速的速度在等离子体中传播。据观察，由电子束激发的尾波是相同的相应Khachatryan模式，在冷等离子体中的相对论电子-离子模式。在模拟中还可以看到，激发的电子-离子模式的数值分布随着时间的推移逐渐修改，并最终在几个等离子体周期后中断，在密度分布中表现出爆炸行为。这是一个众所周知的现象，称为波浪破碎。结果表明，这些模式的数值破波极限远低于其解析破波极限。数值和解析的波浪破碎极限之间的差异已被理解的相位混合过程的模式。从模拟中获得的相位混合时间（或波破碎时间）也被缩放为光束参数的函数，并发现遵循分析缩放。
2020-02-22 physics.plasm-ph
Non-invasive characterization of transverse beam emittance of electrons from a laser-plasma wakefield accelerator in the bubble regime using betatron x-ray radiation
我们提出并使用一种技术来测量激光尾流场加速的相对论电子束的横向发射度。该技术是基于由$v_{\perp}/v_{\parallel}$给出的电子束发散度、测量的纵向谱$γ_\parallel$和气泡$r_{\perp}$中的横向电子束团尺寸的同时测量。后者是通过测量气泡中加速电子束团发射的x射线的源尺寸获得的。我们测量了一个\textit{normalised} RMS束横向发射度$<0.5$ $π$ mm $\:$ mrad作为上限的空间高斯，光谱准单能电子束与230兆电子伏的能量在气泡制度与数值模拟和分析理论。
2011-05-27 physics.plasm-ph
