Femtosecond resolved mega-gauss magnetic field evolution in an intense laser generated solid plasma
我们利用泵浦-探测法拉第旋转技术，首次对固体等离子体中由100 fs、10^16 W cm^-2、806 nm激光场产生的巨磁场进行了飞秒分辨演化。
2001-07-31 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Piecewise acceleration of electrons across a periodic solid-state structure irradiated by intense laser pulse
本研究通过三维PIC模拟与一维模型，证实周期与激光波长匹配的固态微结构在强激光辐照下可实现电子超高梯度分段加速，确定了最优靶参数，为相关原理验证实验提供依据。
2020-05-01 physics.plasm-ph
Stark profiles modeling of radiation lines originating from atomic autoionizing states in dense plasmas, solid state matter under short intense XUV/X-ray free electron laser irradiation
本文对稠密等离子体中自电离原子态斯塔克线轮廓的标准计算方法进行了修正。这是由于在计算自电离态的原子布居数时考虑等离子体电荷成分产生的微电场的影响的重要性，从而导致在标准理论的框架内对斯塔克线轮廓的计算进行修改。这是由于即使在稠密等离子体中，自电离原子态的性质也远离玻尔兹曼分布，这对标准斯塔克轮廓计算理论中使用的统计方法产生了严重的怀疑。本文讨论了X射线自由电子激光（XFEL）与固体密度物质相互作用产生的致密等离子体辐射的重要性。
2017-02-09 physics.plasm-ph
Ion heating dynamics in solid buried layer targets irradiated by ultra-short intense laser pulses
利用粒子模拟方法研究了相对论强度的超短激光脉冲辐照固体埋层靶时体离子的加热。我们的研究集中在CD 2-Al-CD 2夹心靶几何结构上。我们发现增强氘核离子加热层压缩的扩展铝层。在Al-CD 2界面处产生的压力梯度将该层氘核离子推向靶的外部区域。在它通过靶的过程中，氘核离子不断地注入这一层。我们的模拟表明，该层的定向集体向外运动被转换成层内的热运动，导致氘温度高于在目标的其余部分中发现的。这种增强的加热已经可以在低至100飞秒的激光脉冲持续时间下观察到。因此，在当前的高功率激光系统中，可以以每分钟数十次激光发射的重复率进行详细的实验调查，这将允许探测和优化加热动态。
2013-07-19 physics.plasm-ph
Observation of Ion-wave Satellites to Laser Harmonics in Intense Picosecond Laser-Solid Interaction
本文首次在超强亚皮秒激光与固体靶相互作用中观测到激光谐波的规律红蓝移伴线，频移略低于电子临界密度相关的离子等离子体波频率，并指出强光场减弱德拜屏蔽导致动态各向异性德拜长度增大，对等离子体物理有广泛影响。
2025-10-31 physics.optics physics.plasm-ph
Probing the dynamics of solid density micro-wire targets after ultra-intense laser irradiation using a free-electron laser
该研究利用X射线自由电子激光测量近相对论强度激光辐照后的7微米碳丝的小角散射信号，发现散射面弯曲且存在不稳定性，其动力学与内部高速传播的陡峭激波前沿特征相符，为强激光-固体相互作用的等离子体动力学研究提供了实验依据。
2023-02-06 physics.plasm-ph
Evolution of Electrical Resistivity, Thermal Conductivity, and Temperature of a solid under the action of Intense Ultrashort Laser pulse
采用泵浦-探测反射率法研究了飞秒激光脉冲作用下铜在皮秒时间尺度上的动力学性质。电阻率通过求解Helmoltz方程获得。得到了高、低温极限下的耗散机制和标度律。详细研究了在热等离子体和冷固体之间的未探索区域中的“电阻率饱和”效应。获得了激光脉冲与固体Cu相互作用后0 ~ 30 ps时间范围内的温度变化和热导率。
2002-09-10 physics.optics physics.plasm-ph
High-repetition-rate solid tape target delivery system for ultra-intense laser-matter interaction at CLPU
针对 CLPU VEGA-3 拍瓦激光 1 Hz 运行需求，本文设计紧凑型卷绕式固体带靶输送系统，并通过离子谱与电磁脉冲诊断验证其高重复频率下的稳定性。
2023-02-09 physics.plasm-ph
Measuring fast electron spectra and laser absorption in relativistic laser-solid interactions using differential bremsstrahlung photon detectors
本文介绍了一种适用于测量相对论强激光与固体相互作用产生的韧致辐射谱的光子探测器。详细介绍了用于反推快电子能谱和快电子吸收激光能量的蒙特卡罗方法。利用倍频激光进行的相对论强激光-固体实验验证了探测器的有效工作。使用3-空间维蒙特卡罗代码MCNPX（Pelowitz 2008）解释实验数据，发现快电子温度为125 keV。
2013-05-01 physics.plasm-ph
Using XFELs for Probing of Complex Interaction Dynamics of Ultra-Intense Lasers with Solid Matter
我们证明了X射线自由电子激光（XFEL）的潜力，以推进复杂的等离子体动力学的理解，允许在第一次纳米和飞秒分辨率在同一时间在等离子体诊断。在如此短的时间尺度上的等离子体现象与物理学的许多领域都有很高的相关性，特别是在超强超短激光与物质的相互作用中。高度相关但仅部分理解的现象可能在实验中变得直接可及。这些包括相对论激光在固体目标的吸收，创建高能电子和电子输运在温暖的致密物质，包括播种和发展的表面和光束不稳定性，双极膨胀，冲击波的形成，和动态的表面或在埋层。我们展示了XFEL等离子体探测的高功率激光物质相互作用的潜力，使用示例性的小角X射线散射技术，侧重于XFEL探测的一般考虑。
2013-06-03 physics.bio-ph physics.plasm-ph
Energy coupling in intense laser solid interactions: material properties of gold
本研究使用LAPINS代码和三阶段模型，探讨了金锥靶中电离、碰撞及吹除等离子体对快电子产生和激光能量吸收率的影响，揭示了碰撞的双面性及真空鞘场的作用机制。
2023-05-31 physics.plasm-ph
Femtosecond dynamics on the nanoscale of intense laser-induced grating plasma
本文利用泵浦-探测技术，在飞秒时间与纳米空间尺度上测量了强激光驱动光栅等离子体的超快演化，捕捉了固相-等离子体转变及膨胀过程，为粒子加速和高次谐波研究提供了关键数据与模拟基准。
2024-03-16 physics.plasm-ph
Extended particle absorber for efficient modeling of intense laser-solid interactions
提出了一种扩展的热粒子边界条件，以更有效、更精确地模拟过密等离子体中激光与等离子体的相互作用。这种相互作用的粒子模拟需要每个细胞许多粒子，并且通常需要大区域的背景等离子体来正确地模拟半无限等离子体并避免来自截断等离子体的电子散射。对于许多皮秒的长脉冲激光器来说，这种限制可能会变得极其昂贵。在这里，扩展的粒子边界条件（吸收体）的设计，瞬间停止和重新发射高能粒子流朝向模拟边界超过一个定义的区域，允许足够的时间和空间，适当冷却返回电流在背景等离子体中发展。可调参数的吸收器进行了解释，并使用3 ps激光的吸收器的模拟显示，准确地再现那些因果分离的边界，而只需要20%的粒子数量。
2021-07-30 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Microscopy X-ray Imaging enriched with Small Angle X-ray Scattering for few nanometer resolution reveals shock waves and compression in intense short pulse laser irradiation of solids
针对激光压缩固体至高能密度状态需同时解析宏观几何与纳米结构的需求，提出结合X射线成像（XRM）和小角X射线散射（SAXS）的方法，首次实现固体密度下冲击波形成与衰减的几纳米精度直接观测，建立了相关定量多尺度诊断。
2025-11-13 physics.plasm-ph
Production and magnetic self-confinement of $e^-e^+$ plasma by an extremely intense laser pulse incident on a structured solid target
提出利用超强圆偏振单脉冲与锥形空腔固体靶相互作用，借助三维QED-PIC模拟证明可产生强磁场并大量生成、长效约束电子-正电子对等离子体。
2024-09-13 physics.optics physics.plasm-ph
Intense multicycle THz pulses generated by laser-produced nanoplasmas
我们提出了一种新的方案，以获得强大的，窄带，和可调谐的太赫兹辐射，通过使用纳米尺寸的过密等离子体靶，由两个反向传播的失谐激光脉冲照射。到目前为止，还没有从激光-固体相互作用中获得GV/m量级的窄带太赫兹源的报道。我们报道了拍频（$\simeq$ 30 THz）的强THz脉冲产生于碰撞区拍频有质动力产生的强等离子体电流，其峰值场强为11.9 GV/m，谱宽$(Δf/f$ $5.3\%)$.这种极亮的窄带THz源适用于各种雄心勃勃的应用。
2022-10-26 physics.plasm-ph
Time evolution of the process of doping of solids by plasma-ion beams
棒状等离子体注入器产生的强等离子体离子束照射固体是一个强非平衡过程，可以实现许多其他方法无法实现的效果。本文以实验数据为基础，对等离子体离子束的时间和能量分布以及离子对固体的穿透过程进行了数学分析。数值计算的结果已经提出了有关的温度和掺杂浓度的时间演变。
2019-03-26 physics.plasm-ph
Mapping giant magnetic fields around dense solid plasmas by high resolution magneto-optical microscopy
利用高灵敏度磁光显微镜研究了强p偏振激光（~10^{16} W.cm^{-2}，100 fs）辐照磁带产生的致密固体等离子体周围的磁场分布。我们提出了巨型轴向磁场的证据，并首次绘制出这些磁场的空间分布图。通过使用轴向磁场分布作为诊断工具，我们发现的证据与等离子体的角动量。我们相信这项研究对于研究磁性材料在超短强激光脉冲影响下的磁化或去磁过程具有重要意义。
2007-10-04 cond-mat.other physics.plasm-ph
Particle-in-cell simulations of laser-plasma interactions at solid densities and relativistic intensities: the role of atomic processes
强激光与固体相互作用的直接研究仍然是一个巨大的挑战，因为许多耦合的物理机制，如直接激光加热，电离动力学，带电粒子之间的碰撞，静电或电磁不稳定性，仅举几例。在这里，我们提出了一个完整的粒子模拟（PIC）框架，这使我们能够计算激光固体相互作用的“第一性原理”的方式，几乎涵盖了“所有”的耦合物理机制。除了上述机制，数值自加热的PIC模拟，这通常出现在固体密度等离子体，也很好地控制所提出的“分层密度”方法。这种方法可以很容易地实现到国家的最先进的PIC码。特别是，在相对论强激光-固体相互作用中，在大尺度预形成等离子体的存在下，电子加热/加速的重新研究的PIC代码。结果表明，碰撞阻尼（即使它是非常弱的）可以显着影响电子加热/加速在前面的目标。此外，当固体被剧烈加热和电离时，韧致辐射将增强$2\sim3$倍。对于所考虑的情况下，其中激光强度为$10^{20}\ \text{W}/\text{cm}^2$和预等离子体在固体靶的前面的尺度长度为$10\ μ\text{m}$，碰撞阻尼耦合电离动力学和韧致辐射被示出降低“截止”电子能量由$25\%$。此外，欧姆加热产生的电阻性电磁场也起着不可忽略的作用，必须考虑到真实的激光-固体相互作用。
2017-03-15 physics.plasm-ph
Diagnosing the impact of relativistically intense prepulse on few-picosecond timeframes for short scale length laser-matter interactions
本文通过结合单发FROG自相关诊断与相干同步辐射探针，实验研究了强预脉冲在几皮秒时间尺度上对超薄纳米箔靶预等离子体陡度的影响，为多拍瓦激光设施的对比度要求提供了实验基准。
2025-06-03 physics.plasm-ph
Containing intense laser light in circular cavity with magnetic trap door
粒子模拟结果表明，强圆偏振激光在等离子体与固体密度的圆形铝壳层相互作用之前，可以在腔内保持数百个光波周期。右旋CP激光脉冲可以通过充满入射孔的高磁化过密H等离子体板几乎无反射地传播到腔中。然后，被捕获的激光在板和壳等离子体的内表面处被多次反射，逐渐将能量损失给后者。与入射激光相比，频率仅略微加宽，并且由于出现弱的近各向同性和均匀的高次谐波而略微修改波矢量。
2017-01-11 physics.plasm-ph
Dynamics of Nanometer-Scale Foil Targets Irradiated with Relativistically Intense Laser Pulses
在这封信中，我们报告的高谐波辐射的实验研究中产生的纳米级箔靶照射下的正常入射。实验构成了第一个明确的观察奇数相对论谐波产生的$\vec{v}\times\vec{B}$组件的洛伦兹力验证了长期预测的固体目标谐波的属性。同时，所观察到的谐波光谱允许在实验场景中的目标密度的原位提取，这对于诸如由超强激光的辐射压力的离子加速的应用是最感兴趣的。
2010-09-08 physics.plasm-ph
Coherent radiation of an electron bunch colliding with an intense laser pulse
该研究推导了反向强激光脉冲驱动下电子束相干辐射的频谱特征，通过三维粒子模拟验证了解析结论，揭示了相干性对辐射频谱的显著调制作用。
2024-04-16 physics.plasm-ph
Interaction of super intense laser pulses with thin foil: Dopler transformation of coherent light into X-ray and gamma-ray bands
利用计算机模拟研究了飞秒激光脉冲电离薄固体靶产生相对论电子镜的过程。结果表明，反向传播的弱波经这种反射镜反射后，可产生X射线和γ射线波段的相干辐射。研究了上转换辐射的光谱。
2001-07-27 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Electron heating and radiation in high aspect ratio sub-micron plasma generated by an ultrafast Bessel pulse within a solid dielectric
当超快贝塞尔光束在超导体内部传播时，会产生一个高纵横比的等离子体圆柱体，其直径为纳米级，延伸范围为几十微米到厘米。利用粒子模拟方法研究了强超快激光脉冲与等离子体棒的相互作用。我们表明，电子被加热和加速到千电子伏的能量，通过过境加速内的共振波瓣在临界表面附近，并计算其辐射图案。
2023-01-06 physics.plasm-ph
Semi-classical description of electron dynamics in extended systems under intense laser fields
基于Vlasov方程提出了一种半经典方法来描述超短强激光脉冲作用下大块简单金属中含时电子动力学。我们不仅包括在有效势的离子库仑势和平均场电子库仑势的单体电子分布，但也交换相关势的局域密度近似（LDA）。初始的基态是由C-Fermi模型得到的。为了数值求解Vlasov方程，我们扩展了伪粒子方法，以前用于核和原子团簇，固体，考虑到周期性的边界条件。我们将本实施方式应用于用短激光脉冲照射的大块铝（FCC）常规单元电池。用Vlasov-LDA方法计算的电导率、折射率、消光系数、反射率和能量吸收与含时密度泛函理论和实验结果吻合得很好。
2021-05-19 physics.plasm-ph
Controlling intense, ultrashort, laser-driven relativistic mega-ampere electron fluxes by a modest, static magnetic field
本文实验证明0.1特斯拉静磁场即可引导30飞秒激光驱动的兆安电子束在钕靶中传播5毫米，通量密度提升近3倍，模拟预测可调谐近单色高能特征，对辐射源、激光聚变和实验室天体物理有重要价值。
2023-11-12 physics.plasm-ph
Nanostructured intense-laser cleaner
提出了一种提高强激光对比度的纳米结构靶：当激光预脉冲照射纳米结构固体靶表面时，预脉冲被纳米结构表面有效地吸收。纳米结构尺寸应小于激光波长。在预脉冲吸收后，主脉冲的前部破坏了微结构，使表面成为平坦的等离子体镜。主脉冲的主体几乎被完美地反射。与传统的等离子体反射镜相比，纳米结构表面对强度高于10^14 W/cm 2的强激光预脉冲具有良好的吸收效果。纳米结构的激光清洁器将激光脉冲对比度提高了约一百倍。纳米结构的激光清洁器适用于下一代强激光器。
2016-06-30 physics.optics physics.plasm-ph
Generation of mega-gauss axial and azimuthal magnetic fields in a solid plasma by ultrahigh intensity, circularly polarised femtosecond laser pulses
实验和模拟表明，圆偏振飞秒激光在固体等离子体中同时产生量级相当的轴向和方位角磁场，且圆偏振增强轴向约束，并捕捉到磁场的湍流演化。
2024-05-23 physics.plasm-ph
Radiation Reaction Effects on Electron Nonlinear Dynamics and Ion Acceleration in Laser-solid Interaction
采用解析方法和二维（2D 3 P）粒子模拟方法研究了超强激光脉冲与薄等离子体箔相互作用中的辐射反应（RR）效应。结果表明，辐射反作用力导致电子冷却，电子和离子的空间聚束增加。一个完全相对论性的动力学方程，包括RR效应进行了讨论，它表明，RR导致可用相空间体积的收缩。我们的PIC模拟结果与动力学理论的预测定性一致。
2010-11-25 physics.plasm-ph
Electron acceleration in direct laser-solid interactions far beyond the ponderomotive limit
在激光-固体相互作用中，电子可能会产生并随后加速到有质动力极限的数量级的能量，其基本过程由直接激光加速主导。打破这一限制，实现在这里的径向偏振激光脉冲入射到一个线目标，可以与几个新的效果。三维粒子模拟表明，相对论强激光脉冲可以从导线中提取电子并将其注入加速场中。反退相，集体等离子体效应，在这里示出，以提高加速电子能量的两个数量级相比，有质动力极限。结果表明，超短径向极化脉冲比线极化和圆极化脉冲更有效地产生超有质动力电子。
2019-12-30 physics.plasm-ph
Interplay between the Weibel instability and the Biermann battery in realistic laser-solid interactions
一种新的设置允许的韦伯不稳定性和它的相互作用与比尔曼电池探测激光驱动的无碰撞等离子体。用从头算粒子模拟方法研究了短脉冲（$ \le ps$）强$(a_0 \ge 1)$激光脉冲与过密等离子体靶的相互作用，结果表明，在脉冲激光作用下，可观察到韦伯产生的磁场。只要梯度尺度长度比局部电子惯性长度大得多，这种场强就超过了通常在实验中占主导地位的比尔曼电池的场强;这可以通过在靶的前面仔细设置适当的梯度来实现，例如通过调谐主激光脉冲和预脉冲之间的延迟。
2019-07-24 physics.plasm-ph
High-resolution measurements of the spatial and temporal evolution of megagauss magnetic fields created in intense short-pulse laser-plasma interactions
本文介绍了一种泵浦-探测偏振测量技术，它提供了强短脉冲激光-等离子体相互作用中产生的兆高斯磁场的完整的、时间和空间分辨的映射。由于周围自生兆高斯磁场的方位角性质，从其临界表面反射的垂直入射时间延迟探测脉冲根据磁光Cotton-Mouton效应经历其椭圆率的变化。磁场映射的时间分辨率是脉冲宽度的量级，而通过这种光学技术实现了几微米的空间分辨率。此外，由于探测脉冲的近法向入射而导致的陡峭的等离子体密度梯度，这种技术不会受到折射效应的影响，因此，可以采用探测的高次谐波来更深地穿透到等离子体中，以达到甚至接近固体的密度。给出了靶前和靶后兆高斯磁场的时空演化规律。磁场映射的微米级分辨率提供了有价值的信息，在靶前的摩擦不稳定性，而探测靶后镜的高度复杂的快速电子输运在强烈的激光等离子体相互作用。
2013-10-29 physics.plasm-ph
Two surface plasmon decay of plasma oscillations
超强激光与固体箔的相互作用可用于将离子加速到远超过60 MeV的高能量。电子在强激光辐射中的非线性相对论运动导致它们的加速，随后导致离子的加速。离子可以从前表面、箔内部区域和箔后表面加速（TNSA，最广泛使用的），或者如果箔足够薄，则可以作为整体加速（RPA）。在这里，我们专注于最广泛使用的激光离子加速TNSA的机制。从完全平坦的箔，我们通过模拟显示如何在固体或内部的电子衍射导致在离子的空间调制。精确的动力学非常敏感地依赖于所选择的初始参数，这对电子动力学有着巨大的影响。在阶梯状密度梯度的情况下，我们发现的证据表明，两个表面等离子体激元衰减等离子体振荡触发Raileigh-Taylor不稳定性。
2015-03-20 physics.plasm-ph
XUV Opacity of Aluminum between the Cold-Solid to Warm-Plasma Transition
我们提出了计算的自由自由XUV不透明度的温暖，固体密度铝在光子能量之间的等离子体频率在15 eV和L-边在73 eV，使用密度泛函理论结合分子动力学和半解析模型在RPA框架中包含局部场修正。随着温度从室温增加到10 eV，离子和电子温度相等，我们计算出在电离度恒定的范围内不透明度的增加。如果只允许电子温度增加，这种效应就不那么明显了。这些增加的物理意义进行了讨论，在强烈的XUV激光物质相互作用的飞秒和皮秒的时间尺度。
2009-04-01 physics.plasm-ph
Modeling of optical, transport, and thermodynamic properties of Al metal irradiated by intense femtosecond laser pulses
基于被辐照物质的双温状态方程，建立了强飞秒激光脉冲与固体靶相互作用的理论模型。它允许等离子体的形成和膨胀的动力学的描述。比较现有的实验数据上的振幅和相位的铝的复反射系数与模拟结果提供了新的信息的传输系数和吸收能力的强耦合铝等离子体在很宽的温度和压力范围内。
2008-05-05 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Generation of isolated attosecond electron bunches by the diffraction of a polarization-tailored intense laser beam
本研究提出利用偏振定制激光脉冲在固体箔边缘衍射产生孤立阿秒电子束，通过3D模拟验证，适用于多周期脉冲，电子束持续数百阿秒、电荷数十皮库仑。
2024-03-15 physics.plasm-ph
Laser wakefield driven generation of isolated CEP-tunable intense sub-cycle pulses
强烈的超短电磁脉冲源使阿秒脉冲产生、固体中电子运动的控制以及在电子水平上观察反应动力学等应用成为可能。对于这样的应用，高强度和载波包络相位~（CEP）的可调谐性是有益的，但很难获得与现有的方法。在这项工作中，我们提出了一个新的方案，用于产生隔离的CEP可调谐的强烈的子周期脉冲的中心频率范围从中红外到紫外线。它利用强激光脉冲驱动等离子体中的尾流，与长波长种子脉冲共同传播。尾流的移动电子密度尖峰放大种子并形成子周期脉冲。控制种子脉冲的CEP或驱动器和种子之间的延迟导致CEP可调谐性，而频率可调谐性可以通过调节激光器和等离子体参数来实现。我们的2D和3D粒子模拟预测激光到子周期脉冲的转换效率高达1%，从而产生相对论强度的子周期脉冲。
2020-11-17 physics.optics physics.plasm-ph
Guided Electromagnetic Discharge Pulses Driven by Short Intense Laser Pulses: Characterisation and Modelling
强电磁脉冲（EMP）是由强激光与固体密度目标相互作用产生的，并且可以由目标几何形状引导，特别是通过与地面的导电连接。我们提出了一个实验表征，通过时间和空间分辨质子偏转，引导电磁放电脉冲沿导线，包括线圈，由0.5 ps，50 J，1 e19 W/cm 2的激光脉冲驱动。质子偏转测量数据允许首先时间分辨由于激光驱动目标充电的EMP，然后从地面通过导电目标茎返回EMP。这两种电磁脉冲的典型持续时间为几十ps，对应于KA范围内的电流，电场振幅为多个GV/m。由于磁场和电场的作用，靶棒中的亚毫米线圈对探测质子产生了透镜效应。这样，10兆电子伏能量范围的质子被聚焦在厘米级的距离上。实验结果支持分析建模和高分辨率数值粒子在细胞模拟，解开可能存在的表面等离子体，这些参数定义的放电脉冲色散的非线性传播制度。
2022-09-01 physics.plasm-ph
Simulations of Collisional Effects in an Inner-Shell Solid-Density Mg X-Ray Laser
内壳层$α$ X射线激光器是利用自由电子激光器（FEL）的强X射线输出泵浦气体、固体和液体靶而产生的。对于气体靶，激光依赖于K壳层核孔的产生，与通过俄歇衰变填充相比，其时间尺度短。在固体和液体密度系统的情况下，碰撞效应也将是重要的，不仅影响人口，而且线宽，这两者都影响整体增益的程度，及其持续时间。然而，到目前为止，这种碰撞效应还没有得到广泛的研究。我们在这里提出的初始模拟使用CCFLY代码的内壳层激光固体密度镁，在那里我们自洽处理的影响，传入的自由电子激光辐射和原子动力学的镁系统，包括辐射，俄歇，碰撞效应。我们发现，激光跃迁的较低状态的碰撞布居和线的加宽的组合排除了所有的激光，但K $α$的初始冷系统。即使假设瞬时打开的自由电子激光泵，我们发现在固体系统中的增益的持续时间是亚飞秒。
2023-03-13 physics.plasm-ph
The interaction of intense ultrashort laser pulses with cryogenic He jets
利用2d/3v相对论粒子模拟（XOOPIC）研究了超短强激光脉冲与低温He喷流的相互作用。特别令人感兴趣的是激光强度$(10^{15}-10^{20})$ W/cm $^2$、脉冲长度$\le 100$ fs和频率范围$\sim 800$ nm，对于这些激光强度，射流最初是透明的，随后不均匀电离。发现脉冲$\ge 10^{16}$ W/cm $^2$沿射流驱动电离，在激光光斑之外，电离前沿以光速的几分之一沿射流传播。在电离区域内，有一个高度瞬态场，这可以被解释为两个表面波衰减和作为结果的电荷中和扰动在射流真空界面。电离区域具有固体状密度和几到几百eV的温度，即，暖的和热的致密物质区域。这种极端条件与所发现的高能量密度有关，例如，在冲击波实验和惯性约束聚变研究中。考虑理论上的泵浦-探测X射线汤姆逊散射（XRTS）计划的电离的时间演化进行了研究。我们观察到等离子体激元和非集体模式，在射流中产生的，其振幅是成比例的电离体积。我们的理论研究结果可以在自由电子激光设施，如FLASH和欧洲XFEL（汉堡）和LCLS（斯坦福大学）进行测试。
2016-08-25 physics.plasm-ph
Highly Polarized Energetic Electrons via Intense Laser-Irradiated Tailored Targets
本文提出利用紧聚焦超强激光与定制固体靶相互作用，通过驻波中的辐射自旋极化与角度分离机制，结合自生准静态场聚焦，实现单束10 PW激光产生高度极化高能电子束。
2024-06-08 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
Ultrahigh charge electron beams from laser-irradiated solid surface
利用激光与等离子体相互作用对高电荷相对论电子束进行紧凑加速具有许多独特的应用。然而，目前公知的方案，包括气体激光尾场加速和固体真空激光加速，通常产生的电子束具有低电荷或具有大的发散角。在这项工作中，我们报告的产生高度准直的电子束的发散角为几度，准单能谱峰值在MeV的水平，和极高的电荷（$\sim$ 100 nC）通过一个强大的亚皮秒激光脉冲与固体靶在掠入射相互作用。粒子模拟说明了一个新的直接激光加速方案，其中的自致发光被触发在一个大规模的近临界密度的等离子体和电子束团被周期性地加速和准直的超强电磁场。这种电子束在高Z材料中的能量密度达到$\sim10^{12} \mathrm{J/m^{3}}$，使其成为驱动温暖甚至热的致密物质态的有前途的工具。
2017-12-10 physics.plasm-ph
Absorption of High Intensity, High Contrast Femtosecond Laser Pulses by a Solid
对固体中高强度飞秒激光吸收的基本理解对于高能量密度科学至关重要。这个多维问题有许多变量，如激光参数，固体靶材料和几何形状的激励。这对于基本了解强激光-物质相互作用以及“等离子体镜”等应用都很重要。在这里，我们实验观察到高强度，高对比度飞秒激光吸收的光学抛光熔融石英靶在近相对论激光强度（$\sim$ 10 $^{18}$ W/cm $^2$）。作为入射角和入射能量的函数的激光吸收研究为$p$和$s$偏振脉冲的详细信息，提供了一个强有力的指示存在的碰撞过程。在最佳入射角下，几乎高达80%的激光（$p$偏振）能量被吸收在靶中。在近相对论强度下如此高的吸收百分比以前从未观察到。在较小的入射角下，高反射率（例如，在30 $^\circ$入射下约60 - 70%）表明，该研究基本上与近相对论强度下的等离子体镜相关。
2018-07-20 physics.plasm-ph
Rapid Embedded Wire Heating via Resistive Guiding of Laser-Generated Fast Electrons as a Hydrodynamic Driver
在由嵌入在较低$Z$材料中的电阻丝组成的靶中电阻性地引导激光产生的快电子束应该允许在相当大的距离上将电阻丝快速加热到超过100 eV，而不会强烈地加热周围的材料。在多ps时间尺度上，这可以驱动周围物质的流体动力学运动。因此，超强激光固体相互作用有可能作为固体密度材料中辐射流体动力学的受控驱动器。在本文中，我们评估的激光和目标参数需要实现这种快速和受控加热的嵌入式导线。
2014-01-09 physics.plasm-ph
Dispersion Calibration for the National Ignition Facility Electron Positron Proton Spectrometers for Intense Laser Matter Interactions
在强烈的激光-固体相互作用中产生的电子-正电子对，使用带有图像板的磁光谱仪进行诊断，例如国家点火设施（NIF）电子正电子质子光谱仪（EPPS）。虽然建模可以帮助推断定量值，但需要验证模型的准确性以确保测量质量。低能电子和正电子的色散可能会受到EPPS入口附近的边缘磁场的影响。我们已经用来自Siemens Oncor线性加速器（直线加速器）的六束电子束校准了EPPS，当它们进入光谱仪时，能量范围从$2.7$-$15.2$ $\mathrm{MeV}$。建立了Geant 4 TOPAS蒙特卡罗模拟，以匹配在$100$ $\mathrm{cm}$源-表面距离处在水中测量的深度剂量曲线和横向剖面。在偏转磁铁电流设置和出射窗口处的电子束能量之间建立了精确的关系。模拟和测量结果被用来确定在EPPS狭缝的六个电子束的能量分布。对扫描图像板的分析以及到达光谱仪的确定的能量分布提供了EPPS的改进的色散曲线。
2021-04-13 physics.plasm-ph
Study of x-ray emission enhancement via high contrast femtosecond laser interacting with solid foil
研究了60 fs高对比度倍频钛宝石激光脉冲聚焦于铜箔靶产生的硬X射线发射和K α X射线转换效率。用二次谐波激光脉冲获得的Cu K-α光子发射比用基波激光脉冲获得的Cu K-α光子发射强。铜的K-α转换效率对非线性脉冲形状有很强的依赖性，当脉冲宽度为100 fs时，铜的K-α转换效率达到最大值4 × 10 -4。结果表明，电子能谱整形有助于提高转换效率.粒子模拟表明，高对比度激光脉冲的应用将是一种有效的方法来优化X射线发射，通过增强真空加热机制。
2006-07-11 physics.plasm-ph
Time-dependent energetic proton acceleration and scaling laws in ultra-intense laser pulses interactions with thin foils
提出了一个两相模型，即激光照射时等离子体为等温膨胀，激光照射结束后等离子体为绝热膨胀，用来预测超强激光与金属箔相互作用中产生的质子束的最大能量。该模型连续地考虑了超强激光与固体相互作用中的热电子回流，并用随时间变化的热电子密度来描述。考虑了电子再循环和横向扩散时电子密度的稀释效应。利用我们的模型，得到了离子最大能量的标度律，以及标度系数与激光强度、脉冲宽度和靶厚度的关系。结果表明：绝热膨胀是离子加速的一个不可忽视的重要过程;整个加速时间约为激光脉冲宽度的10-20倍;激光强度越大，离子最大能量对聚焦半径的变化越敏感等。
2008-12-03 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Optimizing laser coupling, matter heating, and particle acceleration from solids using multiplexed ultraintense lasers
本文研究多束超强激光与固体靶的耦合优化，实验和模拟表明类镜面重叠照射可增强热电子产生与离子加速，磁场重联和电阻性磁场准直是关键机制，且更多光束重叠可进一步增强效果。
2024-02-23 physics.plasm-ph
Non-thermal evolution of dense plasmas driven by intense x-ray fields
随着X射线自由电子激光器的出现，人们对通过强烈的X射线-物质相互作用而被驱动到极端条件下的物质的性质进行了一系列新的实验研究。这些相互作用的飞秒时间尺度导致瞬态高能量密度等离子体的产生，其中电子和离子都可能远离局部热力学平衡（LTE）。这种系统的预测建模仍然具有挑战性，因为电子和离子热化的时间尺度基本上不同，并且因为需要大量的原子配置来描述所产生的高度电离的等离子体。在这里，我们探讨了系统的演变驱动到高能量密度使用CCFLY，非LTE，福克-普朗克碰撞辐射代码。我们使用CCFLY调查的固体密度等离子体驱动的XFEL的演化动力学，并探讨弛豫的等离子体的局部热力学平衡的飞秒时间尺度上的电荷态分布，电子密度和温度。
2022-08-05 hep-th physics.plasm-ph
Observation of ultrafast solid-density plasma dynamics using femtosecond X-ray pulses from a free-electron laser
短脉冲高强度激光与固体相互作用的复杂物理现象迄今为止还很难通过实验来理解。由于缺乏探测复杂电子动力学和竞争不稳定性的实验能力，这阻碍了基于紧凑激光的下一代次级辐射源的开发，例如用于肿瘤治疗[Bulanov 2002，ledingham 2007]，实验室天体物理学[Remington 1999，Bulanov 2015]和聚变[Tabak 2014]。目前，激光与固体相互作用过程中发生在纳米和飞秒尺度上的等离子体基本动力学过程只能通过模拟来阐明。在这里，我们实验表明，飞秒X射线自由电子激光脉冲的小角度X射线散射有利于新的能力，在固体密度，允许同时纳米空间和飞秒时间分辨率的强烈的短脉冲激光等离子体相互作用的直接原位表征，直接验证在短脉冲高强度激光照射的固体密度目标的电子密度动力学的数值模拟。对于激光驱动的光栅目标，我们测量固体密度等离子体膨胀，并观察到产生的瞬态光栅结构的前的预刻光栅，由于等离子体膨胀，这是一个迄今为止未知的效果。我们希望我们的研究结果将为新的时间分辨研究铺平道路，指导未来的激光驱动粒子和光子源的发展。
2018-01-25 physics.plasm-ph
Extreme energy density confined inside a transparent crystal: Solid - plasma - solid transformations, status and perspectives
在过去的十年中，已经证明超短强激光脉冲紧密地聚焦在透明电介质内部深处产生超过几个MJ/cm 3的能量密度。这种具有极高加热和淬火速率的能量集中导致不寻常的固体-等离子体-固体转化路径，克服了形成先前未知的高压材料相的动力学障碍，这些高压材料相保存在周围的原始晶体中。这些结果是在空间和时间上具有高斯形状的脉冲下得到的。最近表明，贝塞尔形脉冲可以转化更大量的材料，并且据称产生比高斯（GB）脉冲实现的更高的能量密度。在这里，我们提出了一个简洁的回顾以前的结果，并讨论了可能的路线，实现更高的能量密度采用贝塞尔光束（BB），并利用其独特的属性。
2018-03-01 cond-mat.other physics.optics physics.plasm-ph
Laser Ion Acceleration Toward Future Ion Beam Cancer Therapy - Numerical Simulation Sudy-
离子束已被应用于癌症治疗，其独特的优越性在于将其主要能量沉积在人体内，从而使癌细胞被离子束杀死。然而，传统的离子加速器往往在其尺寸和成本方面是巨大的。本文提出了一种未来的强激光离子加速器，使离子加速器小型化。采用强飞秒脉冲激光加速离子。激光离子加速器中的问题包括激光到离子的能量效率、离子束准直、离子能谱控制、离子束聚束和离子粒子能量控制。在这项研究中，粒子计算机模拟来解决这些问题，每个组件的设计，以控制离子束质量。当强激光照射靶时，靶中的电子被加速离开靶，高能电子与靶离子之间暂时形成强电场，靶离子被加速。通过使用具有精细亚波长结构的固体靶或近临界密度气体等离子体，提高了从激光到离子的能量效率。离子束准直是通过固体靶后的小孔实现的。通过激光与靶的多级相互作用，成功地实现了对离子能谱和离子粒子能量的控制以及离子束的聚束。本研究提出了一个新的概念，为未来的紧凑型激光离子加速器，根据每个组件的研究，需要控制的离子束质量和参数。
2013-07-01 physics.plasm-ph
