Reversible electron beam heating for suppression of microbunching instabilities at free-electron lasers
由于在现有和未来的X射线自由电子激光（FEL）中高亮度电子束的压缩而导致的微聚束不稳定性的存在导致可达到的激光性能的限制，并且使得利用光学跃迁辐射的束成像是不可能的。不稳定性可以通过引入额外的能量扩展来抑制，即，“加热”电子束，如通过在直线加速器相干光源处的激光加热器系统的成功操作所证明的。增加的能量扩展对于自放大自发发射FEL通常是可容忍的，但限制了诸如播种的先进FEL方案的有效性。在本文中，我们提出了一个可逆的电子束加热系统的基础上，两个横向偏转射频结构（TDS）的上游和下游的磁聚束压缩机弯道。在第一个TDS中引入额外的能量扩展，抑制微聚束不稳定性，然后在第二个TDS中消除。通过计算和模拟，包括相干同步辐射的影响，我们证明了微聚束增益抑制的可行性。可接受的电子束和射频抖动的确定，和固有的选择，诊断和在线监测的电子束的纵向相空间进行了讨论。
2012-01-17 physics.acc-ph
Constraints on photon pulse duration from longitudinal electron beam diagnostics at a soft X-ray free-electron laser
X射线自由电子激光器（FEL）的成功运行，如直线加速器相干光源或汉堡的自由电子激光（FLASH），使得在原子长度和超快时间尺度上对物质进行前所未有的研究成为可能。然而，为了利用这些独特的光源，并满足光子科学中许多实验的严格要求，自由电子激光光子脉冲持续时间需要是已知的和可调的。这可以通过控制FEL驱动电子束来实现，并且可以利用高分辨率纵向电子束诊断来提供对预期FEL光子脉冲持续时间的约束。在本文中，我们提出了软X射线脉冲宽度和电子束团长度在FLASH的比较测量。软X射线脉冲持续时间测量自由电子激光辐射脉冲能量统计，并比较电子束团长度确定的相干跃迁辐射在太赫兹范围内的频域光谱和时域纵向相空间测量。实验结果，理论分析和模拟表明，高分辨率纵向电子束诊断提供合理的约束预期的自由电子激光光子脉冲持续时间。此外，我们证明了软X射线脉冲的产生与持续时间低于50 fs（半高宽）后，新的均匀的电子束团压缩计划在FLASH的实施。
2012-03-06 physics.acc-ph
RHIC Power Supply Ramp Diagnostics*
800多个相对论重离子对撞机（RHIC）磁体电源的可靠和可重复性能是RHIC成功运行的关键。为了支持电源调试，开发了一个系统，用于在加速斜坡期间捕获所有RHIC环电源的详细电源测量值。开发了诊断工具，使专家能够评估斜坡再现性并快速发现问题。该系统现已成为RHIC操作的常规部分，每次加速斜坡都能捕获数据。本文介绍了RHIC电源斜坡诊断系统，并考虑其对RHIC操作的影响。
2001-11-22 physics.acc-ph
Machine learning-based virtual diagnostics of dielectric laser acceleration
Technische Universität Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH（GSI亥姆霍兹重离子研究中心有限公司）
本文提出一种基于数字孪生的重建框架，利用机器学习逆向分析单次电子能谱，实现介电激光加速的虚拟诊断，通过神经网络恢复激光-电子相互作用参数。
2026-03-30 physics.acc-ph
Phase synchronization recovery in energy-compressed LWFA electron beams for free-electron lasers via undulator tapering
National Central University（中央大学）；National Synchrotron Radiation Research Center（国家同步辐射研究中心）
本文研究了通过纵向 tapered undulator补偿能量啁啾引起的共振不匹配，提升SASE FEL的饱和功率和谱特性。
2026-05-12 physics.acc-ph
High-Brightness Beams from a Light Source Injector: The Advanced Photon Source Low-Energy Undulator Test Line Linac
利用现有的直线加速器，特别是光源注入器，进行自由电子激光（FEL）实验变得越来越普遍，这是因为人们希望在更短的波长下测试自由电子激光。高增益自由电子激光器所要求的高亮度、高电流束流，使大多数现有的直线加速器在设计上无法满足其技术要求。此外，需要专门的诊断，特别是拍摄到拍摄的数据采集，需要大量的修改和升级传统的直线加速器。为了产生和表征高亮度光束，对先进光子源（APS）注入器直线加速器进行了改进。具体地说，努力已被定向在产生光束中使用的低能量波荡器测试线（LEUTL）自由电子激光在支持第四代光源的研究。本文介绍了530 nm自由电子激光器自放大自发发射（SASE）运行的直线加速器技术和诊断能力的改进。最近的结果，包括技术系统的改进和电子束测量技术的细节，将进行讨论。直线加速器能够将束流加速到650 MeV以上。使用的标称自由电子激光束参数如下：217 MeV能量; 0.1-0.2%均方根能量扩展; 4-8 μ m归一化均方根发射度; 80-120 A峰值电流，来自0.2-0.7 nC电荷，2-7 ps FWHM聚束。
2000-08-12 physics.acc-ph physics.ins-det
Theoretical and experimental studies of energy modulation to demodulation in seeded free-electron lasers
Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海高等研究院）；Zhangjiang Laboratory（张江实验室）
通过两个调制器与可调移相器，研究种子型FEL中能量调制与解调，π相位延迟可抑制残余调制，实验验证了激光诱导能量调制的抑制。
2026-06-09 physics.acc-ph
A Multi-Channel THz and Infrared Spectrometer for Femtosecond Electron Bunch Diagnostics by Single-Shot Spectroscopy of Coherent Radiation
自由电子激光（FEL）中所需的高峰值电流是通过将电子聚束纵向压缩到亚皮秒长度来实现的。在本文中，频域诊断方法描述，是能够解决结构的飞秒制度。研制了一种用于太赫兹和红外相干辐射光谱测量的新型真空光谱仪。该光谱仪配备了五个连续的色散光栅和120个并行读出通道;它可以在短波长模式（5 - 44 μ m）或长波长模式（45 - 430 μ m）下工作。快速并行读出允许从单电子聚束相干辐射光谱。在软X射线自由电子激光FLASH上进行的相干跃迁辐射测试表明，该谱仪具有良好的性能。低至几微米的高灵敏度允许研究例如由磁弯道中的微聚束效应引起的短聚束特征。该装置计划在常规自由电子激光运行期间用作在线束团轮廓监测器。
2012-01-29 physics.acc-ph physics.ins-det
Subrelativistic electron source for Dielectric Laser Acceleration, elements of design
我们描述并讨论了一个创新的亚相对论电子源的解决方案，基于脉冲直流枪，包括线性（1D）场发射阵列（FEA）与激光介质加速器（DLA）阶段立即。该设置旨在避免任何标准的加速器组件（静电或磁宏观偶极）。部分诊断，包括光谱仪和所有诊断，计划依赖于纳米结构。然后，整个设置-脉冲源，激光和测量端除外-应封闭在一个分米范围的真空室。这篇论文的目的是提出实验方向，我们实验室内部对此进行了讨论。然而，我们也应该注意到我们实际工作中的理论问题，这些问题可能会在下一个工作中提出。
2017-12-05 physics.acc-ph
Development of a Virtual EM Detector for the Advanced Particle Accelerator Modeling Code WarpX
在物理学研究中，粒子加速器是极有价值的，而且是非常昂贵的技术仪器。粒子加速器的高成本是由于使用射频腔体将粒子加速到高能量所需的巨大长度。激光驱动粒子加速是当前一个很有前途的研究领域，它有可能使粒子加速器的尺寸、成本和能耗降低几个数量级。为了理解和控制粒子在等离子体中的加速，研究人员一直在开发计算模型来模拟加速环境。在这些模型中，计算科学家引入了虚拟诊断，作为实验检测器的数字并行。使用WarpX \cite{Vay:2021}，一个先进的粒子在细胞的代码，模拟激光驱动的粒子加速，我们已经开发了一个虚拟诊断测量电磁辐射。这种辐射可以例如由散射和透射的激光束产生。该\textit{FieldProbe}诊断测量沿指定几何结构（线或平面）的一点或所有点处电场和磁场的单个场分量。此诊断程序使用消息传递接口（MPI）进行GPU加速和并行化，因此可以在NERSC等高性能计算中心上运行。
2022-10-24 physics.acc-ph
Wakefield Generation in Hydrogen and Lithium Plasmas at FACET-II: Diagnostics and First Beam-Plasma Interaction Results
本文介绍了SLAC的FACET-II装置开展等离子体尾场加速实验的装置配置、诊断系统研发及初步进展，目标是在1米内实现10 GeV高增益高效加速，为未来TeV级对撞机等应用奠定基础。
2023-10-10 physics.acc-ph
Recent studies on single-shot diagnostics for plasma accelerators at SPARC_LAB
等离子体尾场加速技术由于具有很高的加速梯度而成为最有前途的小型廉价加速器加速技术。然而，这种方法仍然遭受拍摄到拍摄的不稳定性，主要涉及到实验参数的波动。因此，需要使用Single Shot诊断来正确理解加速机制。在这项工作中，我们提出了两个诊断探测电子束从激光等离子体相互作用，一个依赖于电光采样（EOS）的激光固体物质相互作用，另一个基于光学渡越辐射（OTR）的Single Shot测量的等离子体加速电子束的横向发射度，都是在实验室测试设备。
2018-02-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Design considerations for table-top, laser-based VUV and X-ray free electron lasers
基于超短高强度激光器的激光等离子体加速器最近取得了突破，证明了准单能GeV电子的产生。随着未来的拍瓦激光器的超高束流~100 kA在~10 fs可以预期，允许在自由电子激光器（FEL）的波荡器长度急剧减少。我们提出了一个台式自由电子激光设计的关键方面，包括能量损失和啁啾引起的空间电荷和尾场的讨论。这些效应对于优化桌面自由电子激光操作变得重要。第一个证明的原则真空紫外情况下，以及桌面X射线-自由电子激光，这可能会打开一个辉煌的光源，也为新的方式在临床诊断。
2006-12-13 physics.acc-ph
CAS - CERN Accelerator School: Plasma Wake Acceleration
这些会议记录是感兴趣的工作人员和学生在加速器实验室，大学部门和公司的工作或有兴趣在新的加速技术领域。在等离子体和激光物理学的介绍性讲座之后，本课程涵盖了等离子体尾流加速器和等离子体束系统的不同组件。包括专题研讨会和关于替代新技术的概述，如电介质加速器。讲座的实验研究和他们的最新成果，诊断工具和最先进的尾流加速设施，目前和计划，补充理论部分。
2017-08-03 physics.acc-ph
Multi-Pulse Laser Wakefield Acceleration: A New Route to Efficient, High-Repetition-Rate Plasma Accelerators and High Flux Radiation Sources
激光驱动的等离子体加速器可以产生比射频加速器大三个数量级的加速梯度，并且在厘米长的级中实现了超过1 GeV的束能量。然而，等离子体加速器的脉冲重复率和壁插效率受到驱动激光的限制，分别小于约1 Hz和0.1%。在这里，我们调查的前景激发等离子体波与列车的低能量激光脉冲，而不是一个单一的高能量脉冲。以这种方式共振激发尾流场将使得能够使用不同的技术，例如光纤或薄盘激光器，其能够以数千赫兹的脉冲重复率操作，并且壁插效率比当前激光系统高两个数量级。我们概述了高效的，GeV级，10 kHz等离子体加速器的参数，并表明它们可以驱动紧凑的X射线源，其平均光子通量与第三代光源相当，但具有显着提高的时间分辨率。同样地，自由电子激光操作可以以可比的峰值功率驱动，但具有比现存的自由电子激光大得多的重复率。
2014-01-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Design study of a photon beamline for a soft X-ray FEL driven by high gradient acceleration at EuPRAXIA@SPARC_LAB
我们提出了一个设施的基础上，通过X波段RF结构和等离子体加速高梯度加速。我们计划达到1 GeV量级的电子能量，适合于驱动用于所谓的“水窗”（2 - 4 nm）中的应用的自由电子激光。的光束线的概念设计，从光子束从波荡器的用户实验室，主要集中在诊断，操纵和运输的辐射的介绍和讨论。我们还简要概述了相干成像，激光烧蚀和泵浦探测实验的用户端站。
2018-02-15 physics.acc-ph
Design of a High-bunch-charge 112-MHz Superconducting RF Photoemission Electron Source
在粒子加速器的许多先进应用中，如强子束的电子冷却器、电子-离子对撞机和自由电子激光（FEL），都需要高束团电荷的连续波（CW）光电发射电子源。超导RF（SRF）在CW模式下比其他电子枪技术具有几个优势，因为它提供更高的加速率，并可能产生更高的聚束电荷和平均束流。布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory，BNL）开发了一种112 MHz SRF电子光注入器（枪），为相干电子冷却原理验证（CeC PoP）实验产生高亮度和高聚束电荷聚束。该枪利用四分之一波长谐振器（QWR）的几何形状，以确保光束的动态，并使用高量子效率（QE）的多碱光电阴极产生电子。
2016-08-28 physics.acc-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
The Origination and Diagnostics of Uncaptured Beam in the Tevatron and Its Control by Electron Lenses
在对撞机运行II中，Tevatron使用36个980 GeV质子和反质子的高强度束。未被Tevatron RF系统捕获的粒子在加速期间或在射束中止时构成对使超导磁体失超的威胁。我们描述了这个未捕获的光束的起源的主要机制，并通过一个新开发的诊断系统，目前测量其主要参数。Tevatron电子透镜有效地用于对撞机运行II的操作中，以去除未捕获的束流，并将其在中止间隙中的强度保持在安全水平。
2008-04-15 physics.acc-ph
Formation and Acceleration of Uniformly-Filled Ellipsoidal Electron Bunches Obtained via Space-Charge-Driven Expansion from a Cesium-Telluride Photocathode
我们报告的实验生成，加速和表征的均匀填充的电子束通过空间电荷驱动的膨胀（通常被称为“吹出制度”）在L波段（1.3 GHz）的射频光注入器。使用短（$<200$ fs）紫外激光脉冲从碲化铯半导体光电阴极光发射光束。所产生的电子聚束的特征在于与传统的诊断和他们的椭圆形字符的签名进行观察。我们特别证明了生产的椭圆形聚束与电荷高达$\sim0.5$ nC对应的$\sim20$倍增加相比，以前的实验与金属光电阴极。
2012-10-10 physics.acc-ph
Simulation Prediction and Experiment Setup of Vacuum Laser Acceleration at Brookhaven National Lab-Accelerator Test Facility
介绍了美国加州大学洛杉矶分校、复旦大学和美国国家实验室合作开展的真空激光加速器（VLA）第一阶段预实验计划和预测。这个第一阶段的实验是一个原理证明，以支持我们以前发布的新颖的VLA理论。模拟结果表明，在ATF现有的实验条件下，初始能量为15MeV的电子束可以从强流CO2激光束中获得净能量增益。利用ATF束线诊断系统可以观察到电子束能散的差异。而且这种能量扩展效应随着激光强度的增加而增强。该方案已得到ATF委员会的批准，下一步将进行实验。
2011-09-30 physics.acc-ph
Acceleration of relativistic beams using laser-generated terahertz pulses
由激光产生的太赫兹（THz）脉冲驱动的电介质结构可能是克服传统粒子加速器的技术限制的关键，并且随着最近低能（低于100 keV）电子束的加速、压缩和拖尾的实验演示，在相对论束能量下的操作现在对于实现THz驱动结构的全部潜力至关重要。我们提出了第一个太赫兹驱动的相对论35 MeV电子束团的线性加速，利用共线激励的介质内衬波导驱动的纵向电场分量的偏振定制，窄带太赫兹脉冲。我们的研究结果为相对论电子束的前所未有的控制铺平了道路，为超快电子衍射提供聚束压缩，为聚束诊断提供能量操纵，并最终为紧凑的太赫兹驱动的粒子加速提供高场梯度。
2019-08-12 physics.acc-ph
Betatron emission as a diagnostic for injection and acceleration mechanisms in laser-plasma accelerators
激光等离子体加速器中的Betatron X射线发射是一种有前途的紧凑型源，可以替代传统的X射线源，基于大型机器。除了作为一个潜在的源，对电子感应加速器辐射的精确测量可以揭示关于相对论性激光-等离子体相互作用的重要信息。我们表明，发射长度和位置的X射线发射可以通过放置一个孔掩模靠近源，并通过测量束轮廓的电子感应加速器的X射线辐射远离孔掩模。X射线发射的位置给出了关于等离子体波破碎的信息，从而给出了关于激光非线性传播的信息。此外，纵向延伸的测量有助于确定加速度是否受到泵耗尽或失相效应的限制。在多次进样的情况下，它用于明确检索每次进样在血浆中的位置。这种技术也被用来研究如何，在毛细管放电，放电和激光脉冲之间的延迟的变化影响的相互作用。该研究表明，对于适合激光引导的延迟，X射线发射仅发生在毛细管的后半部分：在前半部分没有电子注入和加速。
2012-11-22 physics.acc-ph physics.plasm-ph
A diagnostic system of 5.7 keV muon beam for muon accelerator
University of Tokyo（东京大学）；High Energy Accelerator Research Organization（高能加速器研究机构）；Nagoya University（名古屋大学）；Kobayashi-Maskawa Institute for the Origin of Particles and the Universe, Nagoya University（名古屋大学小林-益川粒子宇宙起源研究所）；Okayama University（冈山大学）
针对低能缪子非破坏性诊断难题，开发了与J-PARC在建加速器兼容的紧凑型低能缪子诊断系统，可识别低能缪子信号并测量束流轮廓，为缪子加速器调谐提供支持。
2026-08-05 physics.acc-ph physics.ins-det
Self-correcting longitudinal phase space in a multistage plasma accelerator
由强激光或粒子束驱动的等离子体加速器提供了千兆伏/米的加速场，有望大幅缩小粒子加速器，用于高能物理和光子科学。线性对撞机和自由电子激光（FEL）等应用需要高能量和能量效率，但也需要高稳定性和光束质量。后者包括低能量扩散，这可以通过使用纵向形状的聚束对等离子体尾场进行精确的束加载来实现，从而产生有效和均匀的加速。然而，等离子体波长将非常大的加速场区域的尺度设置为100 μm或更小，要求聚束以极高的时间精度同步和成形，通常在飞秒尺度上。这里，引入了自校正机制，大大降低了对抖动的敏感性。使用多个加速级，每个加速级之间都有一个小的聚束压缩，几乎任何初始聚束，无论电流分布或注入相位如何，都将自校正为使尾流场变小的电流分布，从而抑制相对能量扩展和任何能量偏移。因此，分级不仅可以用于达到高能量，而且还可以产生各种应用所需的精致光束质量和稳定性。
2021-04-29 physics.acc-ph
Coupling of Laser-Generated Electrons with Conventional Accelerator Devices
基于激光的电子加速技术以其高初始能量、低发射度和高束流等突出特点引起了传统加速器界的极大兴趣。不幸的是，这种光束目前无法与传统加速器的光束相比，限制了它们在传统加速器可以具有的多种应用中的使用。除了在等离子体源本身上工作之外，一种有前途的方法来成形激光产生的光束是将它们与传统的加速器元件耦合，以便从通用电子源和可控光束中受益。在本文中，我们表明，通常使用的粒子加速器社区的一些参数必须重新考虑处理时，激光等离子体束。从激光产生电子的参数，可以得到现在由传统的数百TW激光系统，我们比较不同的常规磁晶格能够捕获和传输这些GeV电子。从这个比较中，我们突出了一些重要的限制，国家的最先进的等离子体产生的电子相对于传统的加速器。最后，我们讨论了这种光束在自由电子激光（FEL）波动器中的应用，这是光束质量要求最高的应用之一。
2011-12-15 physics.acc-ph
Modeling betatron radiation using particle-in-cell codes for plasma wakefield accelerator diagnostics
等离子体尾流场加速实验的特点，使用发射的光子从电子感应加速器辐射需要数值模型，在支持仪器的单发，双微分角能谱。相关实验的精确表征需要覆盖从几十keV到10~GeV的宽能量范围，具有$100 \;μ\text{rad}$量级的角分辨率。在本文中，我们提出了一个数值模型的电子感应加速器辐射的等离子体加速束，这是基于积分的Lienard Wiechert（LW）的潜力计算粒子轨迹。粒子的轨迹产生在三种不同的方式：第一，通过粒子跟踪通过理想化的领域在井喷制度的PWFA;第二，通过获得准静态粒子在细胞（PIC）代码QuickPIC的轨迹;和第三，通过获得轨迹从完整的PIC代码OSIRIS。我们用解析表达式和PIC代码EPOCH进行了各种基准测试，该代码使用Monte-Carlo QED辐射模型。最后，我们提出了模拟预期的电子感应加速器辐射的参数，从先进的加速器实验测试II（FACET-II）PWFA和等离子体光阴极实验。
2023-03-07 physics.acc-ph
A final focus system for injection into a laser plasma accelerator at the ARES linac
ARES（加速器研究实验在SINBAD）是一个直线加速器在SINBAD（短创新束和加速器在DESY）设施在DESY。ARES的设计是将传统的基于RF的加速器技术的可再生光束与新颖但仍处于实验阶段的加速技术相结合。它的目标是在100-150 MeV的光束能量下产生亚fs到几fs范围内的高亮度超短电子束团，适合注入到新型加速实验中，如介质激光加速（DLA）和激光驱动等离子体加速（LPA）。本文报道了用于注入ARES LPA实验的最终聚焦系统的概念设计和模拟，包括永磁四极杆（PMQ）、足够的共线激光和电子输运纵向空间、所需诊断空间和LPA装置。空间电荷效应起着重要的作用，并包括在内。对ARES电子聚束在激光驱动等离子体中的聚焦和输运进行了模拟。几个错误的影响进行了模拟，并报告。
2021-02-17 physics.acc-ph
Simulation study of betatron radiation in AWAKE Run 2 experiment
来自聚焦等离子体柱的感应加速器辐射的光谱学可以作为强有力的非侵入性束诊断方法用于等离子体尾场加速实验，例如AWAKE。本文研究了径向尺寸失配和离轴注入对准线性质子驱动等离子体尾流场中见证电子束团的束流动力学特性和辐射光谱特性的影响。结果表明，临界电子感应加速器光子能量和光子角分布的演化可以有效地揭示见证电子束团的初始注入条件。本文还讨论了用这种方法诊断AWAKE运行2质子自调制级中种子电子束团的可能性。
2022-04-27 physics.acc-ph
Beam Diagnostics in the Advanced Plasma Wakefield Experiment AWAKE
在AWAKE中，自调制质子束团驱动等离子体中的尾流场。最近的实验成功地证明了驱动聚束的自调制以及测试电子的加速的许多方面。接下来的实验将集中在产生一个多GeV的加速电子束，具有低发射度和低能量扩散。该实验需要各种先进的束流诊断来表征皮秒时间尺度上的自调制质子聚束。这些包括光学跃迁辐射和一个条纹相机，用于短时间和长时间尺度的详细成像的自调制和软管，相干跃迁辐射的调制频率测量在100-300 GHz的频率范围和多个荧光屏的核心和晕测量。将给出这些诊断的概述。
2020-12-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Tunable X-ray source by Thomson scattering during laser-wakefield acceleration
我们报告的结果，全光汤姆逊散射拦截加速过程中的激光尾场加速器。我们表明，脉冲碰撞位置可以检测到使用横向阴影，这也有利于对齐。随着电子束能量在加速器内的演化，发射的光谱随着散射位置而改变。这样的配置可以用作加速器诊断以及可靠的设置，以生成具有可调能量的X射线。
2019-05-16 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Relativistic electron beam acceleration in a zero-slippage terahertz-driven Inverse Free Electron Laser scheme
太赫兹辐射承诺突破性的进步，紧凑的先进加速器由于高频率和GV/m场可实现的，数量级大于传统的射频（RF）为基础的加速器。与激光驱动的方案相比，太赫兹驱动的加速器的大的相位接受是有利的操作与相当大的电荷。尽管研究正在蓬勃发展，但太赫兹源，特别是基于激光的太赫兹源，还不能与用于高平均电流加速器的RF放大器的效率竞争。然而，太赫兹为基础的相空间操纵是直接的利益，为各种应用，包括电子衍射/显微镜和紧凑的自由电子激光应用程序的超短聚束的产生和诊断。维持电子束和短激光产生的THz脉冲之间的重叠和同步的挑战迄今为止将相互作用限制在几毫米的尺度上。讨论了一种新的近单周期太赫兹辐射与相对论电子束的米级相互作用的群速和相速匹配方案。我们展示了高达150千电子伏的能量调制，使用适度的太赫兹脉冲能量（高达1微焦耳）。我们将这种大而有效的能量交换应用于相对论光束的光束压缩和时间戳，为实现基于激光的THz加速器所带来的独特机会铺平了道路。
2017-10-05 physics.acc-ph
Online Charge Measurement for Petawatt Laser-Driven Ion Acceleration
激光驱动离子束由于其在多学科研究和技术中的潜在应用而受到相当大的关注。对其放射生物学有效性的临床前研究已经确立了使用激光驱动离子束进行放射治疗的前景。特别是，超高瞬时剂量率的有益效果的研究，使高离子束团电荷和独特的短束团长度存在于激光驱动的离子束。这些研究需要可靠的在线剂量测定方法来监测每次激光照射的聚束电荷，以确保规定的剂量准确地应用于生物样品。在本文中，我们提出了第一次成功地使用一个集成电流互感器（ICT）的激光驱动离子加速器。这是一种非侵入性的诊断方法，用于测量加速离子束的电荷。它可以在放射生物学实验中进行在线剂量测量，并有助于离子束调谐，特别是激光离子源的优化和质子传输束线的对准。我们提出了ICT的实施和与其他诊断，如辐射变色膜，汤姆逊抛物线光谱仪和闪烁体的相关性。
2022-05-03 physics.acc-ph physics.ins-det
First Beam Characterization by Means of Emission Spectroscopy in the NIO1 Experiment
NIO 1实验拥有一个灵活的RF H-离子源，由INFN-LNL和Consorzio RFX开发，以改善目前负离子的生产和加速概念。该源还用于对ITER中性束测试设施专用的仪器进行基准测试。许多诊断安装在NIO 1中，以表征源和提取的负离子束。其中，束发射光谱（BES）已被用于在NIO 1测量的发散度和均匀性的光束，以及在加速系统内被中和的束离子的分数。诊断方法是基于分析的多普勒频移$H_α$光子发射的快束粒子和收集沿视线。本文介绍了北京谱仪诊断的实验装置和分析算法，并讨论了第一次测量及其与操作参数的相关性。
2022-11-08 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Overview and Issues of Experimental Observation of Microbunching Instabilities
现代自由电子激光（FEL）加速器和驱动器所需的超亮光束的产生通常依赖于基于弯曲的聚束压缩，这通常导致微聚束不稳定性。在压缩之后，光谱增强甚至通过纵向空间电荷（LSC）阻抗延伸到可见波长。光学渡越辐射（OTR）屏已广泛用于亮束的横向电子束尺寸测量，但电子束或前沿尖峰中这种纵向微结构（微聚束）的存在可能会导致强烈的局部相干增强（COTR）掩盖实际束轮廓。一般来说，我们已经观察到的影响，在射频光阴极（PC）注入直线加速器与回旋压缩，因为一个R56项是必要的。在过去，COTR仅在S波段和L波段单束团压缩或双束团压缩的光注入直线加速器中有报道。驱动激光调制和电荷散粒噪声被怀疑是造成这种情况的原因。我们现在有证据的影响，在射频PC枪注入直线加速器和电子阴极（TC）枪注入直线加速器（后者不涉及驱动激光器）。自从第一次观测以来，已经做出了重大努力来表征、建模和减轻COTR对束流诊断的影响。最新的最先进的诊断这些影响将给出说明的例子在直线加速器相干光源（LCLS），弹簧8紧凑型SASE源（SCSS），弹簧8埃紧凑型自由电子激光（SACLA），先进的光子源（APS），和下一个直线对撞机测试加速器（NLCTA）。这些观察结果仍然是加速器社区感兴趣的。
2014-09-05 physics.acc-ph
Controlling external injection in laser-plasma accelerators with terahertz frequency bunch manipulation
The Cockcroft Institute（科克沃尔研究所）；Science and Technology Facilities Council（科学与技术设施委员会）；The University of Manchester（曼彻斯特大学）；University of Liverpool（利物浦大学）
本文提出利用太赫兹频率操控外部注入激光等离子体加速器，通过时间锁定电子束与驱动激光，实现高质束流压缩，提升加速性能和稳定性。
2026-04-17 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Invertible Surrogate Models: Joint surrogate modelling and reconstruction of Laser-Wakefield Acceleration by invertible neural networks
Helmholtz-Zentrum Dresden - Rossendorf（亥姆霍兹德累斯顿-罗森多夫研究中心）；CASUS - Center for Advanced Systems Understanding（先进系统理解中心）
可逆神经网络是机器学习中的一种新技术，有前途的神经网络架构可以在正向和反向模式下运行。在本文中，我们将介绍可逆代理模型，近似复杂的前向模拟的物理参与激光等离子体加速器：iLWFA。代理模型的双射设计还提供了用于重建实验获得的诊断的所有手段。我们的可逆激光尾流场加速网络的质量将在大量的数值LWFA模拟上得到验证。
2021-06-01 cs.LG physics.acc-ph physics.plasm-ph
Longitudinal bunch profile diagnostics in the 50fs range using coherent Smith-Purcell radiation
我们已经考虑了使用相干Smith-Purcell辐射的50 fs（FWHM）长的电子聚束的纵向轮廓的单次射击测定的可能性。该长度对于目前由激光尾场加速产生的聚束是典型的，并且处于通过替代技术（例如电光采样）可实现的极限。它的结论是，有没有障碍，无论是理论上还是实验上，在实施这种技术。周期为15、85和500微米的一组三个光栅将在10-1000微米的波长范围内产生可检测的能量，这应该足以通过Kramers-Kronig技术重建聚束形状。对于109个电子或更多的聚束电荷，辐射能量可以由室温热释电探测器探测到。还考虑了该技术可能扩展到更短长度的限制。
2009-12-09 physics.acc-ph physics.ins-det
Modeling and design of a BES diagnostic for the negative ion source NIO1
Consorzio RFX和INFN-LNL正在建造一个灵活的小离子源（NIO 1），能够产生约130 mA的H-离子，加速到60 KeV。实验的目的是测试和开发天基信息平台和MITICA仪器，这两种仪器分别是负离子源和整个中性束注入器的原型，将在热核实验堆实验中运行。与SPIDER和MITICA一样，NIO 1将使用束发射光谱仪（BES）进行监测，BES是一种基于高能离子与背景气体相互作用产生的$H_α$发射光谱分析的非侵入性诊断。北京谱仪的目的是监测离子束的方向、发散和均匀性。这些测量的精度取决于与负离子的产生和加速的物理学、束的几何形状和收集光学器件相关的许多因素。这些元素被认为是在一组代码开发，以确定配置的诊断，最大限度地减少测量误差。该模型已用于设计北京谱仪对天基信息平台和MITICA的诊断。本文介绍了该模型，并描述了它的应用设计的BES诊断在NIO 1。
2022-11-03 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Generation of Ultrabrilliant Positron Beam via Superponderomotive Injection in Laser Wakefield Acceleration
Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）；Nankai University（南开大学）
该研究提出激光尾场加速中超有质动力注入方法，通过粒子模拟验证产生低发射度多周期正电子束，为超高亮度正电子源提供新型紧凑途径。
2026-08-04 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Super-Heavy Ions Acceleration Driven by Ultrashort Laser Pulses at Ultrahigh Intensity
利用超短脉冲（几十飞秒）激光从等离子体中加速超重离子（SHIs）是一个极具挑战性的课题，有待于突破。电离过程的检测和控制以及最佳加速方案的采用是高能SHIs产生的关键。在这里，我们报告的实验结果产生的深度电离的超重离子（金）与前所未有的能量为1.2 GeV，利用超短激光脉冲（22 fs）在10^22 W/cm 2的强度。提出了一种新的自校准诊断方法，用于测量Au离子的绝对能谱和电荷态分布。由2D粒子模拟支持的测量的电荷态分布作为检查与SHI加速相关的电离动力学的额外工具，揭示了激光强度是在脉冲持续时间内加速Au离子的关键参数。双层靶的使用在不牺牲加速场强度的情况下延长了加速时间，这对高能超重离子的产生非常有利。
2021-04-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Direct current measurements of the SPIDER beam: a comparison to existing beam diagnostics
本文在SPIDER束源上使用新型子束电流监测器（BCM）直接测量单个子束电流，并与AGPS电学测量和STRIKE诊断进行比较，发现BCM与STRIKE电学测量吻合良好，而AGPS会高估束流。
2023-05-29 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Design of high brightness Plasma Wakefield Acceleration experiment at SPARC\_LAB test facility with particle-in-cell simulations
目前的数值研究的等离子体尾场加速方案在弱非线性制度与外部注入的动机是即将到来的活动在实验室的测试设施，最终目标是证明适度的梯度加速（$\sim$ 1 GV/m），没有质量损失。可以设想加速的聚束作为自由电子激光的种子。数值研究已经进行了粒子在细胞的代码${\tt ALaDyn}$，等离子体加速版本的详尽描述。该配置考虑两个聚束设置与设施范围内的参数，聚束产生和预加速高达100 MeV的高亮度的光注入器之前的等离子体注入。为了验证工作点的鲁棒性，我们考虑了驱动器聚束到达等离子体或具有更大尺寸或具有大发射度的情况。我们还提出了一种分析方法的基础上的包络方程，允许减少匹配条件下存在的斜坡。在这里，我们限制我们的兴趣，一个简化的理论情况下，线性等离子体斜坡。作为最后一个方面，我们建议结合经典的集成聚束诊断与Shapiro-Wilk的测试，一个数学测试来诊断聚束偏离高斯分布。
2018-02-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Overcoming the space-charge dilemma in low-energy heavy ion beams via a multistage acceleration lens system
National Institute for Fusion Science（国立研究开发法人核融合科学研究所）；Graduate School of Frontier Sciences, The University of Tokyo（东京大学前沿科学研究生院）；Department of Advanced Energy Engineering, Kyushu University（九州大学先进能源工学系）；Collider-Accelerator Department, Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室对撞机加速器部）
本研究通过多级加速透镜系统克服低能重离子束空间电荷限制，实现高束流稳定传输，适用于等离子体诊断等应用。
2026-01-06 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Design and preliminary operation of a laser absorption diagnostic for the SPIDER RF source
ITER加热中性束（HNB）注入器需要从H-/D-负离子的中性束向等离子体提供16.7 MW的功率，该离子束由RF源产生并加速至1 MeV。为了增强H-/D-的产生，加速系统栅格的面向源（等离子体栅格）的表面将涂覆有Cs，因为其功函数低。铯将在放射源中通过特定的炉进行常规蒸发。监测铯的蒸发速率和铯在源内的分布是ITER热核实验装置获得预期性能的基础。为了正确设计ITER HNB的源并确定其最佳操作实践，在Consorzio RFX的中性束测试设施中开发并建造了原型RF负离子源SPIDER。将在天基信息平台上安装激光吸收光谱诊断仪，以便对铯密度进行定量估计。利用波长可调谐激光器，测量了平行于等离子体栅面和靠近栅面的4条视线上852 nm谱线的吸收谱，并由此测量了Cs在基态的谱线积分密度。这种诊断SPIDER的设计，详细的布局和关键部件。初步安装的诊断Cs炉的测试台上也进行了描述，连同其第一次实验结果;收集的测量上的基态人口减少的影响进行了讨论和部分校正。
2022-11-03 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Express Diagnostic of Intense Laser-driven MeV Radiation Source using Copper Isotopes
本文提出利用铜同位素核活化法快速诊断激光驱动MeV轫致辐射源的发散角与光子注量，并探索高效生产62^Cu的途径。
2025-09-08 hep-ex physics.acc-ph
Multi-Objective Design of C-Shaped Targets for Energy--Divergence Control in Laser-Driven Proton Acceleration
Iran University of Science and Technology（伊朗理工大学）
该研究通过二维粒子-in-cell模拟与约束多目标贝叶斯优化，优化激光驱动C形靶质子的能量-发散度权衡，在质子转换效率约束下得到帕累托最优设计，确立了调控质子能量与角向品质的设计路径。
2026-10-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
