Silicon dual pillar structure with a distributed Bragg reflector for dielectric laser accelerators: Design and fabrication
介质激光加速器（DLA）已被证明是小型化粒子加速器的良好候选者。它们依赖于能够在适当的激光照射下调制入射电子束的动能的微制造的电子束。在本文中，我们展示了一个双柱结构与分布式布拉格反射镜模仿双面照明的电子路径。该结构是由电子束光刻技术，然后低温反应离子刻蚀工艺制造。这样的结构可以通过大约150 MeV/m的梯度加速注入的28 keV电子，其可以进一步朝着GeV/m范围优化。
2018-10-25 physics.acc-ph
Considerations for a TeV Collider Based On Dielectric Laser Accelerators
由红外激光器驱动的电介质微结构中的粒子加速，或“电介质激光加速”（DLA），是先进加速器研究的一个有前途的领域，有可能为能源前沿科学和各种其他应用提供更经济实惠和更高梯度的加速器。DLA利用成熟的工业制造能力和台式激光器的商业可用性来降低成本，轴向加速场在GV/m范围内。通过以非常低的每束电荷但以极高的重复率操作，将获得期望的亮度。由于其独特的操作参数制度，耦合的激光到加速器可以潜在的50\%的范围内，并与低beamstrahlung能量损失，由于在相互作用点，使DLA一个有前途的方法，为未来的多TeV直线对撞机。
2022-03-08 physics.acc-ph
Nonlinear response in high-field dielectric laser accelerators
激光供电的电介质结构通过利用能够产生超过10 GV/m的电场的现代激光技术来实现高梯度粒子加速。这些场可以驱动体电介质超出其线性响应，并打破加速场和电子之间的相位同步性。在实验中，用能量密度为0.7J/cm $^2$的45 fs激光脉冲照射光栅复位介质结构，用高亮度的8 MeV电子束探测1.8GV/m的加速场。
2017-07-07 physics.acc-ph
Feasibility Study and Perspectives of proton Dielectric Laser Accelerators (p-DLA): from nanosource to accelerator scheme
本文讨论了在全介质激光驱动加速器（p-DLAs）中产生和加速质子纳米束的可能性。高梯度片上光功率介质激光加速器（DLAs）是未来小型化粒子加速器最有前途的发展方向之一。DLA的主要挑战是具有驱动激光波长量级的尺寸的小光束孔径，其中必须传输低电荷高重复（或CW）超低发射率纳米束。对于电子束的产生和加速，正在进行激烈的研究活动，并且已经通过使用馈送电介质微结构的电子纳米尖端（或平坦光电阴极）源获得了若干演示。在这篇文章中，我们的目标是在可能性集成的轻离子或质子纳米束的产生适合于随后的加速到亚相对论（低β）p-DLA阶段的纳米源。这种集成包括使用质子介电射频四极杆（p-DRFQ）的想法，用于桥接加速器前端和漂移管和高β部分之间的间隙。这篇论文是作为一本白皮书编写的，其中包括最先进的技术和新的解决方案，这些技术和解决方案现在使全纳米结构质子加速器的雄心勃勃的前沿变得触手可及。这里提出的p-DLA的概念研究可以使桌面质子纳米束用于几种应用：质子束写入、亚微米尺度的核反应分析、基于反应器的小型化质子-硼核聚变的构造、微米尺度的生物分析、亚细胞水平的离子束分析、用于保护浅层组织的微束离子疗法、晶体管的质子辐照、用于中子产生的紧凑型质子直线加速器。
2021-06-25 physics.acc-ph
Diagnostic and Detectors for Charging and Damage of Dielectrics in High-gradient Accelerators
该研究旨在解决介电尾场加速器中高重复率效应的分析和缓解问题，更具体地说，研究薄壁介电尾场加速器中的充电速率和电荷分布，以及用于此类加速器应用的介电材料中的导电性和放电现象的物理学。问题是电子束晕和强尾流场在电介质充电中所起的作用，可能导致电荷聚束的不期望的偏转和电介质材料的劣化。所开发的检测器是基于测量的复杂的电导率，这将出现作为一个瞬态现象，伴随着一个或多个电荷聚束的通道，通过观察的谐振微波腔的复导纳的变化，安装在周围的介电管。该检测器还可以检测材料的永久性损坏。在发展的初始阶段，微波装置的建立和信号处理的发展，用于观察时间依赖的电介质表面和/或等离子体位于或靠近薄壁中空电介质管的内表面的电子充电。三个频率被用来提高数据处理率和信噪比。将提供等离子体测试用例的测试和性能结果;特别是，测试单元的性能显示出检测介电常数约0.1%的微小变化的能力，这将对应于从通过的电荷束到腔体内的电介质衬垫的壁的仅0.3nC的刮除。
2015-10-19 physics.acc-ph
Enhanced energy gain in a dielectric laser accelerator using a tilted pulse front laser
使用800 nm，45 fs脉冲前倾激光器，我们在双光栅介质激光加速器（DLA）中获得了创纪录的315 keV的能量增益和560 MV/m的平均加速梯度（超过0.5 mm）。这些结果开辟了DLA中的一个新机制，其特征在于纵向相空间中光束分布的显著演化，对应于>1/4的同步振荡。通过倾斜激光波前，我们控制的DLA的共振速度，并观察到净能量增益，表明锥形光学相位可以用来实现非常高的能量增益。
2018-04-06 physics.acc-ph
Dielectric Laser Acceleration
电介质激光加速器（DLAs）利用激光脉冲撞击电介质结构时产生的近场来加速带电粒子。我们提供了一个概述的光子驱动加速器的操作理论，从光子与带电粒子在真空中相互作用，通过引入介电结构所获得的优势，与他们的优势和局限性的讨论。此外，我们展示了介电激光加速器的当前发展的最新技术，包括加速，聚焦，偏转，光束位置监测，以及从微聚束的产生到交替相位聚焦的适应的高级主题，允许带电粒子在长距离上的下一个无损传输。
2020-08-10 physics.acc-ph
Transverse forces in planar symmetric dielectric laser-driven accelerators
使用由固体激光器驱动的电介质微结构来加速带电粒子或使其横向偏转是一个日益增长的科学兴趣领域，国际研究人员合作致力于开发这一概念。许多实验工作和新的设计使用平面对称的几何形状与亚微米孔径的粒子束。我们提供了一个一般的理论框架，在这种类型的几何形状的电磁场，包括推导支持的TE和TM模式，并检查施加在梁上的横向力分量，这可能是用于聚焦或偏转的粒子。
2019-06-19 physics.acc-ph
SHarD: A beam dynamics simulationcode for dielectric laser acceleratorsbased on spatial harmonic field expansion
为了演示片上介质激光加速器（DLA）对电子的相对论性加速，提出了一种有质动力聚焦方案，该方案能够在扩展的相互作用长度上通过纳米尺度的孔径捕获和传输电子。我们提出了一个基于Matlab的数值代码（SHarD），利用空间谐波展开的领域内的介质结构来模拟的光束相位空间分布的演变，在这个计划。该代码可以用来优化关键参数的加速器性能，如最终的能量，横向光斑大小的演变和总电子数通过当前制造的结构加速。最后，仿真模型将被应用到通知的相位掩模轮廓被添加到一个脉冲前倾角驱动激光脉冲使用液晶掩模在实验装置正在组装在加州大学洛杉矶分校飞马座实验室。
2021-07-23 physics.acc-ph
Analytical energy spectra and wake effects for relativistic dielectric laser accelerators
介质激光加速器（DLA）是一个先进的概念，更紧凑的加速器。DLA光栅具有在光学波长范围内的孔径和周期长度。因此，相稳定性和尾场效应对于即将进行的相对论电子实验至关重要。为此，我们提出了一种方法来分析计算能谱与测量比较，以重建注入到DLA光栅结构的相位。了解注入阶段对于校准和解释测量数据都很重要。此外，我们估计的影响，尾场的聚束相干加速在DLA。我们正在计算的能谱影响的纵向尾流的分析描述数值计算和偏心注入电子束的横向踢的估计。
2019-11-19 physics.acc-ph
Wake fields in a rectangular dielectric-lined accelerating structure with transversal isotropic loading
介质波导作为一种可被电子束激励的加速结构正受到广泛的研究。矩形电介质结构用于新的加速方案的原理实验证明和用于研究结构加载材料的电子特性。本文分析了强流相对论电子束团通过横向各向同性介质加载矩形波导时产生的切伦科夫辐射。用于加速结构波导加载的一些材料（蓝宝石、陶瓷膜）具有显着的各向异性特性。反过来，它可以影响由电子束产生的尾场的激发参数。本文用Helmholtz方程横算符的正交本征模分解方法，导出了相对论电子束在矩形介质波导中传播所产生的场的一般解。本文给出了横向各向同性介质加载矩形波导中LSM模和LSE模叠加的切连科夫场和库仑场的解析表达式。纵向和横向（偏转）尾流场的数值模拟也已进行。结果表明，介电各向异性引起的频率偏移与各向同性介质加载的介质内衬波导相比。
2017-03-11 physics.acc-ph
Application of transfer matrix and transfer function analysis to grating-type dielectric laser accelerators: ponderomotive focusing of electrons
讨论了电子穿过光栅型介质激光加速（DLA）结构的传输矩阵描述的适用性问题。它表明，虽然矩阵的考虑导致有趣的见解，DLA细胞的基本传输特性不能描述的矩阵。一个更一般的概念的传递函数被证明是一个简单而有用的工具，制定问题的粒子动力学DLA。作为一个例子，提出了一个聚焦结构，同时工作的所有电子阶段。
2017-08-10 physics.acc-ph
Electron dynamics in grating-type dielectric laser accelerators: particle transfer function, generalized acceleration/deflection gradients and Panofsky-Wenzel theorem
在介质激光加速（DLA）的背景下，将加速度梯度和偏转梯度的概念推广到相量（复值函数）。它示出的电磁力施加在一个近共振粒子穿越一个光栅型DLA的单位细胞可以方便地描述广义加速度和偏转梯度。给出了Panofsky-Wenzel定理在广义梯度意义下的一个简单形式。结果表明，所有的粒子传输特性的DLA晶胞可以来自一个单一的，复值函数，广义加速度梯度。
2018-01-17 physics.acc-ph
Electromagnetic Oscillations in a Spherical Conducting Cavity with Dielectric Layers. Application to Linear Accelerators
本文分析了同心填充介质层或真空层的球形导电腔中的电磁振荡。场解析地给出，并且数值地确定谐振频率。一个重要的特殊情况下，一个较小的介质球在其中心的球形导电腔被处理得更详细。通过对运动方程的数值积分，我们证明了这种腔中的横向电振荡可以用来加速强相对论电子。电子的轨迹被假定为几乎是切向的电介质球。我们证明了这种电子与振荡磁场的相互作用使它们的轨迹从直线上稍微偏转。这种谐振器的Q因子仅取决于电介质中的损耗。对于现有的超低损耗谐振腔，Q可以比在现有的圆柱形腔中获得的Q好三个数量级。
2013-02-28 physics.acc-ph
Capturing Structural Dynamics in Crystalline Silicon Using Chirped Electrons from a Laser Wakefield Accelerator
激光尾场加速的最新进展导致了新一代电子和X射线源的出现，这可能对超快科学产生巨大的好处。这些新的源有望成为不可或缺的工具，在飞秒时间尺度上的结构动力学的调查，与原子尺度上的空间分辨率。在这里，我们演示了使用激光尾场加速电子束的时间分辨电子衍射测量的结构动力学的单晶硅纳米膜泵浦的超快激光脉冲。在我们的概念验证研究中，我们解决了皮秒时间尺度上的硅晶格动力学，通过偏转的动量-时间相关的电子在衍射峰与静态磁场，以获得随时间变化的衍射效率。进一步的改进可能会导致飞秒时间分辨率，可以忽略不计的泵浦探测抖动是可能的未来的激光尾场加速器超快电子衍射计划。
2016-10-20 physics.acc-ph
The Dielectric Wakefield Resonator Accelerator
我们报告的三通道，矩形，高梯度介质尾场加速器元件，这与共线圆柱形介质尾场设备，不遭受低Transformer比，并可能提供救济从光束分裂不稳定性的初步研究。当配置为谐振器（DWR）时，它可以由一系列适度电荷驱动聚束驱动。这种矩形“锁模”谐振器由三个通道组成，内衬低损耗的介质板：中央较宽的通道是驱动聚束通道，而两个相邻的窄通道用于加速电子和/或正电子聚束;这提供了一个有利的Transformer比。在从谐振器出口反射后，尾波场返回到谐振器入口的时刻，下一个聚束被注入谐振器入口。谐振器的长度也被选择为所需尾波场波长的一半的倍数。矩形几何形状允许谐振器中的尾波场的谐波的叠加。该装置的短长度及其平面配置应允许对射束分裂的管理，并且可以通过使用以$90^{\circ}$增量围绕$z$轴旋转的一系列DWR单元来动态地稳定长的驱动聚束训练。
2017-08-15 physics.acc-ph
Threedimensional Alternating-Phase Focusing for Dielectric-Laser Electron Accelerators
介质激光加速器（DLA）的概念提供了击穿限制（非等离子体）粒子加速器中最高的梯度，因此具有小型化的潜力。最近提出了一种利用二维交替相位聚焦（APF）技术在微芯片上实现完全可扩展的电子加速器的方法，该方法依赖于均匀激光场和第三方向的外部磁聚焦。在这封信中，我们推广的有源滤波器DLA计划的3D，这样，稳定的光束传输和加速，而无需任何外部设备，获得的结构仍然可以完全由二维光刻技术制造。在新方案中，通过增加新的水平边缘，我们在给定的入射激光场下获得了明显更高的加速梯度。这使得能够实现约2.5keV（β = 0.1）的超低注入能量，并且可以省略如在先前DLA实验中使用的笨重的高压设备。DLAs在超快时间分辨电子显微镜和衍射中有应用。我们的发现对于整个装置的小型化至关重要，并为光纤驱动内窥镜中的DLA集成铺平了道路，例如，用于医疗目的。
2020-04-11 physics.acc-ph
Laser Acceleration and Deflection of 96.3 keV Electrons with a Silicon Dielectric Structure
射频粒子加速器在超小型和超快科学中无处不在，但它们的尺寸和成本促使人们探索紧凑和可扩展的替代品，如电介质激光加速器。我们提出了第一个演示的高梯度激光加速和偏转的电子与硅结构。驱动的5 nanojoule，130 fs锁模钛：蓝宝石激光器在907 nm波长，我们的设备实现加速梯度超过200 MeV/m和亚光学周期条纹的96.30 keV电子。这些结果为利用商业激光器和亚飞秒电子束进行高梯度硅介质激光加速器实验铺平了道路。
2014-12-18 physics.acc-ph
Elements of a dielectric laser accelerator
高能粒子束在基础研究、医学和相干X射线产生中的广泛使用，加上现代射频（RF）加速器设备和设施的大尺寸，已经激发了对在RF之外的机制中操作的替代加速器的强烈需求。在光学频率下工作的电介质激光加速器（DLAs）-透明的激光驱动纳米级电介质结构，其近场可以同步加速带电粒子-已经证明了各种激光波长，材料和电子束参数的高梯度加速，可能使小型化加速器和桌面相干x射线源成为可能。为了实现一个有用的（即可扩展的）DLA，关键的发展仍然是：级联的组件，包括持续的相位同步，以达到任意的最终能量，以及偏转和聚焦元件，以保持光束沿设计轴准直。在这里，所有这些元素都是用亚相对论电子束演示的。特别地，通过用两个时空分离的脉冲激光束照射纳米光栅来产生两个相互作用区域，我们证明了电子能量增益从0.7到1.4 keV的相位控制倍增（初始束能量的2.5%至5%）并且通过使用啁啾光栅几何形状，我们克服了25 keV电子的退相限制，将它们的能量增益增加到激光功率限制为它们初始能量的10%。此外，通过抛物线光栅几何形状实现焦距低于200微米的电子束的光学驱动横向聚焦。这些结果奠定了未来小型化相位同步真空结构加速器的基石。
2016-06-06 physics.acc-ph
Beam-Beam Interaction in a Dielectric Laser Accelerator Electron-Positron Collider
通过数值计算研究了在1 TeV的介质激光加速器（DLA）对撞机中光学间隔电子/正电子微聚束的对向传播序列的碰撞。在经典极限下，推导了任意束团数的时间相关的包络方程，其中包括辐射反作用力（RRF）。示例参数检查的基础上，考虑到最佳效率，材料损伤限制，和功率约束的聚束电荷的约束光度关系。我们发现，对于初始相同的反向传播高斯聚束列车的周期性的时间结构导致亮度与聚束的数量的峰值。对于较长的聚束串，增强则与聚束的数量成反比地减小。相应的能量损失分数为1.75%，当考虑横向力的非线性径向依赖性时，能量损失分数减小到0.35%，平均束流辐射参数为0.075，考虑到束流辐射损失是未来TeV对撞机的关键问题，这是一个重要的结果。
2021-09-29 physics.acc-ph
Resonant phase matching by oblique illumination of a dielectric laser accelerator
在介质激光驱动加速器（DLA）中，通常需要仔细调谐驱动激光波长和结构周期性，以便达到谐振条件并使加速波的相速度与电子束速度相匹配。通过积极失谐（高达30 mrad）的入射角的驱动激光器上的双光栅DLA结构，我们表明，它是可能的，以恢复共振相位匹配和最大限度地提高能量调制的外部注入的6 MeV光束在800 nm的周期结构，使用780 nm的激光器驱动。这些结果表明，它是有可能的权力DLA结构远离其设计工作点，并激发加速场的间隙中的相位分布的变化，由一个相对较大的量周期到周期。这种灵活性是DLA的一个关键特征，也是实现基于相位调制的有质动力聚焦的关键要素，以在单个DLA级中展示MeV能量增益和大捕获。
2021-09-27 physics.acc-ph
Subrelativistic Alternating Phase Focusing Dielectric Laser Accelerators
该研究提出两种硅基交替相位聚焦介质激光加速器设计，通过分数周期漂移段调整相位实现电子长程加速与约束，实验验证了亚相对论条件下的显著能量增益。
2024-03-12 physics.acc-ph
Energy efficiency studies for dual-grating dielectric laser-driven accelerators
介质激光驱动加速器（DLAs）具有比金属更高的击穿阈值，可以提供GV/m范围内的高加速梯度，这为下一代粒子加速器的小型化开辟了道路。为了提高双光栅DLA的能量效率，分别研究了增加布拉格反射镜和使用脉冲前倾（PFT）激光照明两种方案。布拉格反射器提高了结构的加速梯度，而PFT增加了有效的相互作用长度。在本文中，我们调查数值的优势，使用这两个计划结合起来。我们的计算表明，对于周期为2微米的100周期结构，当与使用布拉格反射器与普通激光器相比时，这种设计有效地将能量增益增加了100%以上，并且当使用标准结构与PFT激光器时，增加了约50%。当用PFT激光束照射具有布拉格反射器的2000周期双光栅结构时，可以获得高达2.6 MeV的总能量增益。
2017-12-13 physics.acc-ph
Dielectric-laser electron acceleration in a dual pillar grating with a distributed Bragg reflector
报道了一种新型介质激光加速器的设计，即在双柱光栅加速结构中加入分布式布拉格反射器（DBR）。这模仿了双侧激光照射，当与单侧照射相比时，导致增强的纵向电场，同时减少偏转横向效应。我们将入射电场到加速模式的耦合效率提高了57%。12 $μ$ m长的结构加速亚相对论性28 keV电子，理论上梯度高达200 MeV/m，实际上为133 MeV/m。我们的工作展示了光刻产生的纳米结构如何有助于使新型激光加速器更有效。
2019-05-14 physics.acc-ph physics.optics
A novel accelerating structure based on a tapered parallel-plate waveguide with an integrated dielectric terahertz-driven accelerator
本文提出了一种集成了双柱格栅结构的新型介质太赫兹驱动加速器（DTA），利用渐缩平行板波导（TPPWG）实现高效粒子加速，通过时间域模拟优化波导参数，实现了六倍的峰值电场增强，适用于相对论电子束的最大加速，并通过PIC模拟展示了高达120 MeV/m的加速梯度和10 pC的束流承载能力。
2026-05-19 physics.acc-ph
Acceleration and Focusing Electron/Positron Bunches in Plasma-Dielectric Wakefield Accelerator
针对介质尾场加速器的BBU不稳定性问题，提出带真空通道的等离子体填充方案，通过解析与数值模拟验证了体等离子体本征波对束团横向运动的稳定作用及结构的加速性能。
2024-10-31 physics.acc-ph
Investigations into X-band dielectric disk accelerating structures for future linear accelerators
介质盘加速（DDA）结构正在研究作为一种替代传统的磁盘加载铜结构。本文数值研究了一种工作在TM 02-π高阶模的X波段高效DDA结构。这种加速结构由具有周期性排列在金属外壳中的虹膜的电介质盘组成。通过优化，可以显著降低金属壁上的RF功率损耗，从而获得极高的品质因数Q_0=111064和极高的分流阻抗R_shunt=605 MΩ/m。射频到波束的功率效率达到46.6%，这明显高于先前报道的CLIC-G结构，其效率仅为28.5%。详细描述了常规电池和端部电池的最佳几何形状。由于加速模式的色散关系的宽带宽，DDA结构被允许具有最多73个频率间隔为1.0MHz的规则单元，这优于传统的RF加速结构。此外，DDA结构被发现有一个短距离的横向尾场低于CLIC-G结构。
2020-06-12 physics.acc-ph
Effect of transition radiation and dispersion spreading at achievement of a large transformer ratio of driver-bunch energy into wakefield in a dielectric resonator accelerator
本文讨论了在双注正负电子介质谐振腔对撞机中，束团注入时的轮廓序列情况下，增大Transformer比TR的可能性。与前面考虑的波导情况不同，在波导情况下，TR等于对总尾波场有贡献的序列束的加倍数量，并且受到群速度效应的限制，在谐振器中不存在这种限制。对于TR谐振腔的推导，与聚束数成比例，以及在波导中，聚束电荷的比率被选择为等于1：3：5：......，束团长度等于波长的一半，束团间距是波长的倍数。通过数值模拟研究了渡越辐射和色散扩展对Transformer比的影响。
2019-12-27 physics.acc-ph
Acceleration and focusing of positron bunch in a dielectric waveguide accelerator with homogeneous plasma in transport channel
本文给出了等离子体介质尾场加速器中正电子束团聚焦的数值PIC模拟结果。尾场由驱动电子聚束在石英介质管中激发，并嵌入圆柱形金属波导中。介质管的内部区域已经填充有径向均匀的等离子体，在一般情况下具有沿波导轴的真空通道。数值模拟结果表明，在尾流场中，正电子束团的加速和聚焦是可能的。研究了正电子束团的输运和加速与真空通道尺寸和波导长度的关系。
2021-12-11 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Ultra-bright Coherent Undulator Radiation Driven by Dielectric Laser Accelerator
介质激光加速器，工作在光学频率和GHz的脉冲速率，预计产生阿秒电子束团与一个中等的束流在高能量。对于相对论电子，阿秒束团的空间长度为几纳米，非常适合在真空紫外、极紫外和X射线光谱中产生高亮度的超辐射。研究表明，在0.1 ~ 3 keV光子能量范围内，即使介质激光加速器的束流功率比同步加速器的束流功率低100万倍左右，由束流电荷数为1~10 fC的短束流驱动的相干波荡器辐射的亮度也与同步加速器相当或更高。当比较下的亮度被归一化为电子束功率时，所提出的相干波荡器辐射源成为地球上跨越整个VUV、EUV和软X射线光谱的最亮的源。
2022-08-08 physics.acc-ph physics.optics
Optical design for increased interaction length in a high gradient dielectric laser accelerator
提出了一种用于介质激光加速的超快激光器脉冲前沿倾斜的设计和测量方法。先前对介质激光加速模块的研究主要集中在测量新结构中的高加速梯度，但只针对短的电子-激光耦合长度进行了研究。在这里，我们展示了一个光学设计，以扩大激光电子相互作用到1毫米。
2018-01-03 physics.acc-ph physics.optics
Conditional Guided Generative Diffusion for Particle Accelerator Beam Diagnostics
本文提出一种基于条件扩散模型的非侵入式虚拟诊断方法，用于以兆像素分辨率重建电子束纵向相空间，并在欧洲XFEL实验数据上验证其生成能力。
2024-07-18 physics.acc-ph
Dielectric Laser Acceleration
我们描述了最近的研究进展，粒子加速使用介质近场结构驱动的红外激光，我们称之为介质激光加速器。高能物理和其他应用的影响进行了讨论。
2013-09-29 physics.acc-ph
Dielectric Loaded Waveguide Terahertz LINACs
本文针对圆柱形介质加载波导太赫兹直线加速器，综合初始电子能量、脉冲能量与宽度及结构尺寸等因素，提出解析/数值优化指南和设计图，以最大化电子最终动能。
2024-12-04 physics.acc-ph
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
Multipactor suppression in dielectric-assist accelerating structures via diamond-like carbon coatings
在加速器领域中，次级电子倍增器放电被广泛观察到，并且已经研究了其抑制以改善加速器性能。介质辅助加速（DAA）腔是一种驻波加速腔，通过利用介质层的反射在室温下获得超过100，000的Q值; DAA腔预计将与小RF功率源和高负载操作一起使用。到目前为止，DAA腔的最大加速场已被限制在几MV/m的倍增管。通过在DAA腔表面涂敷类金刚石膜（DLC）来降低次级电子发射系数，同时又不牺牲腔的Q值，我们证明了$6~[{\rm μs}]$射频脉冲可以注入到DAA腔中，并具有大于10 MV/m的场，同时抑制了DAA腔的二次电子倍增。
2020-09-27 physics.acc-ph
Photonic Crystal Laser Accelerator Structures
光子晶体作为激光驱动的加速器结构具有巨大的应用潜力。光子晶体是以周期性几何形状布置的介电结构。就像具有电子能带结构的晶体固体一样，光子晶体的模式位于一组允许的光子带中。类似地，光子晶体可能表现出一个或多个光子带隙，其中带隙中的频率不能在晶体中传播。因此，光子晶体可以将光模限制在全介电结构中，从而消除了对金属的需要及其在光频率下的特性损耗。我们讨论了几种光子晶体加速器结构的几何形状。光子晶体光纤（PCF）是一种可以在真空中限制光速光模的光纤。二维和三维的平面结构也可以限制这种模式，并且具有额外的优点，即它们可以使用普通的微制造技术（例如用于集成电路的那些技术）来制造。这允许各种可能的材料，以便可以选择具有期望的光学和辐射硬度特性的反射镜。我们讨论了模拟的光子晶体结构的例子，以证明涉及的比例律和权衡，并触及潜在的制造工艺。
2003-06-17 physics.acc-ph
A particle-in-cell model of beam dynamics in a dielectric wall accelerator
McGill University Health Centre（麦吉尔大学健康中心）；McGill University（麦吉尔大学）；TRIUMF（特丽尔姆夫实验室）；University of Victoria（维多利亚大学）；Princess Margaret Cancer Centre（玛格丽特公主癌症中心）；University Health Network（联合卫生网络）；University of Toronto（多伦多大学）
本研究针对介质壁加速器（DWA）的束流动力学，在粒子-in-cell代码Warp中实现了三维轴对称电磁场模型，经与线性光学模型验证，可解析壁相互作用等效应，为DWA的逼真研究提供基础。
2026-09-02 physics.acc-ph
Electron energy gain in a dielectric laser accelerator as a function of the base angle of a triangular grating structure
National Science Center "Kharkiv Institute of Physics and Technology"（哈尔科夫物理技术国家科学中心）
本文通过粒子模拟研究三角光栅DLAs的电子加速，明确光栅底角等参数对加速率的影响，获得特定参数下的最大加速率，为优化三角光栅DLAs设计提供定量依据。
2026-08-21 physics.acc-ph
On-Chip Laser Power Delivery System for Dielectric Laser Accelerators
提出了一种基于分形树枝型介质波导网络的介质激光加速器片上光功率传输系统。该系统用基于精确纳米制造的芯片集成技术取代了实验上要求严格的驱动激光束的自由空间操纵，使这些微型加速器的相互作用长度和总能量增益能够获得数量级的增加。基于计算模型，在相对论制度，我们的激光传输系统估计提供21 keV的能量增益超过192 μ m的加速长度与一个单一的激光输入，对应于108 MV/m的加速梯度。该系统可以通过顺序照射49个相同的结构在小于1cm的距离上实现1 MeV的能量增益。这些研究结果进行了验证，详细的数值模拟和建模的子组件，我们提供了一个讨论的主要限制，挑战和相关参数方面的片上激光耦合介质激光加速器。
2017-09-13 physics.acc-ph physics.app-ph physics.optics
Method for Computationally Efficient Design of Dielectric Laser Accelerators
近年来，介电微结构作为一种在固体激光器供电时加速带电粒子的手段引起了人们极大的兴趣。加速度梯度（或每单位长度的粒子能量增益）是一个重要的品质因数。为了设计具有高加速度梯度的结构，我们探索了伴随变量法，这是一种用于计算目标相对于大量参数的灵敏度的高效技术。有了这种形式主义，相对于其整个空间介电常数分布的电介质结构的加速度梯度的灵敏度计算仅使用两个全场电磁模拟，原始和伴随。伴随模拟在物理上对应于点电荷通过加速器间隙运动并辐射的互易情形。使用这种形式主义，我们进行数值优化，旨在最大限度地提高加速度梯度，从而产生制造结构的性能大大提高，以前检查的几何形状相比。
2017-05-05 physics.acc-ph physics.app-ph physics.optics
Development and high-power testing of an X-band dielectric-loaded power extractor
介质加载结构是用于结构尾场加速（SWFA）技术的有希望的候选者，对于共线尾场和双束加速（分别为CWA和TBA）方法，由于它们的低制造成本、低射频损耗和承受高梯度的潜力。阿贡尾场加速器（AWA）正在开发一个短脉冲（<=20 ns）TBA计划，其中电介质加载结构用于功率提取器/传输结构（PETS）和加速器。在这项研究中，X波段11.7 GHz的电介质PETS的开发和测试在AWA设施，以证明高功率尾流场的产生。PETS由8个电子聚束的训练驱动，这些电子聚束间隔为769.2 ps（X波段射频周期的9倍），以实现相干尾场叠加。360 nC的总训练电荷通过PETS结构以产生~200 MW、~3 ns平顶RF脉冲而没有RF击穿。未来的实验计划通过优化结构设计和提高驱动光束质量，将产生的射频功率提高到约1 GW。
2019-07-01 physics.acc-ph
Passive Ballistic Microbunching of Non-Ultrarelativistic Electron Bunches using Electromagnetic Wakefields in Dielectric-Lined Waveguides
时间调制电子束具有广泛的应用，从相干增强电磁辐射的产生到先进加速器概念中的电磁尾场的共振激发。同样，产生低能超短微聚束可能对超快电子衍射和基于加速器的新光源概念有用。在这封信中，我们提出并实验证明了一个被动的微聚束技术能够形成一个皮秒聚束训练在$\sim 6$ ~MeV。该方法依赖于电磁尾场的激发，因为光束通过介质内衬波导传播。由于光束的非超相对论性质，当光束在随后的自由空间漂移中行进时，诱导的能量调制最终转化为密度调制。调制束被进一步加速到$\sim20$ ~MeV，同时保持所赋予的密度调制。
2018-06-25 physics.acc-ph
Acceleration gradients in dielectric laser accelerators with triangular-shaped gratings
本研究针对不同轮廓（矩形、不同底角三角形）及取向的透明片上介质激光加速器结构，结合带金涂层的反射型变体，测定并量化了各类结构的最大能量增益与加速梯度。
2025-10-22 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.optics
PIC Simulations of One-side Multipactor on Dielectric
射频介质窗的击穿是粒子加速器和高功率射频源研究的重要课题。射频窗口失效的原因之一是介质表面的次级电子倍增效应。二次电子倍增器可能是导致电介质过热和二次电子发射导致陶瓷中积累的电荷放电的主要原因。在这项研究中，全面的自洽PIC模拟与空间电荷效应进行，以更好地了解动态的单面微电子倍增管的发展和浮动电位的电介质上的发射诱导。本文发现并报道了饱和时的次级电子倍增管参数与介质的二次发射特性以及外加射频场参数之间的重要关系。
2022-02-15 physics.acc-ph
Design of a multi-channel photonic crystal dielectric laser accelerator
为了对大多数科学和医学应用有用，紧凑型粒子加速器将需要比当前架构所能实现的高得多的平均电流。为此，我们提出了一种用于介质激光加速器的光子晶体架构，称为多输入多输出硅加速器（MIMOSA），其能够同时加速多个电子束，使总电子吞吐量增加至少一个数量级。为了实现这一点，我们证明了光子晶体必须支持倒易空间中$Γ$点处的模式，其归一化频率等于相位匹配电子的归一化速度.我们证明了MIMOSA的品质因数可以从相应的无限周期结构的本征模中推断出来，这为设计此类器件提供了一种强有力的方法.此外，我们扩展的MIMOSA架构的电子偏转器和其他电子操纵功能。这些额外的功能，与这些设备的增加的电子吞吐量相结合，允许在与当前制造技术兼容的完全集成架构中对电子束进行全光学片上操纵，这为非常规电子束成形、成像和辐射生成开辟了道路。
2020-01-27 physics.acc-ph physics.app-ph physics.optics
Systematic Derivation of Reliable Wake Functions for Complex Structures from Mesh-Based Wakefield Simulations
National Central University（中央大学）；National Synchrotron Radiation Research Center（国家同步辐射研究中心）
提出一种基于解卷积的系统方法，从数值计算的尾势中提取可靠尾函数，在矩形介质波导中验证与解析解一致，并应用于非均匀介质结构以减少偏转尾场。
2026-06-26 physics.acc-ph
Sub - THz Radiation from Dielectric Capillaries with Reflectors
在这份报告中，我们提出了太赫兹辐射产生的波纹和非波纹毛细管反射器，使用飞秒电子束的LUCX加速器在KEK，日本的实验研究。我们讨论的辐射角分布的测量和它们的比较与粒子在细胞模拟，还调查了偏离中心的光束在毛细管中的传播的实验测量和模拟的基础上。
2017-05-24 physics.acc-ph
Simulation studies for dielectric wakefield programme at CLARA facility
短的高电荷电子聚束可以在电介质衬里结构中驱动高幅度的电场。电子聚束与该场的相互作用具有几个应用，包括高梯度介质尾流场加速（DWA）和被动束操纵。提出的模拟提供了一个前奏的开始在达雷斯伯里实验室的ADEA加速器的实验DWA计划。该计划的主要目标是：可调谐产生的太赫兹辐射，横向尾流的影响的理解，并设计一个decirper的CATERA自由电子激光。纵向和横向相空间演化的计算与Impact-T和VSim支持这两个目标。
2017-12-11 physics.acc-ph
Dielectric insulation and high-voltage issues
在大多数情况下，由于在故障位置处潜在地可用于耗散的大的存储能量，电气故障对于磁体是戏剧性的事件。在第一节中回顾了静电学原理之后，第二节总结了静电场中传导和击穿的基本机制。第三节介绍了磁体电绝缘的类型和作用，第四节介绍了相关的失效机理。第5节涉及老化，最后，第6节给出了一些测试原则。虽然学校专门处理温暖的磁铁，为完整起见，超导加速器磁铁的电介质绝缘的一些原则在专门的附录中简要总结。
2011-04-05 physics.acc-ph
Fast Switching Ferroelectric Materials for Accelerator Applications
介绍了最近研制的BST（M）（含镁基添加剂的钡锶钛氧化物）铁电材料的快开关（< 10纳秒）测量结果。这些材料可用作适用于高梯度加速器的新型先进技术组件的基础。铁电陶瓷具有依赖于电场的介电常数，该介电常数可以通过施加偏置电压来改变。铁电材料为线性对撞机应用提供了显著的优势，特别是对于需要<10纳秒的极短响应时间的开关和控制元件。测量结果表明，新型BST（M）陶瓷具有很高的可调谐系数：40-50 kV/cm的偏置场可使介电常数降低1.3-1.5倍。最近开发的大直径（110厘米）薄壁铁电环上的金偏压接触沉积技术允许在见证样品实验中的几纳秒开关时间。铁电环可以在高脉冲功率（几十兆瓦）下用于X波段组件，以及在几千瓦范围内的高平均功率下用于L波段移相器，正在开发用于ILC射频耦合的优化。加速器应用包括快速有源X波段和Ka波段高功率铁电开关、高功率X波段和L波段移相器以及可调介质加载加速结构。
2006-12-27 physics.acc-ph
Design and Simulation of a High Frequency High Power Rf Extraction Device Using a Dielectric-Loaded Waveguide
我们考虑使用一种介质加载结构，从强流电子驱动束中提取射频能量，作为高能双束加速器的电源。这代表了一种替代技术，我们证明了它比使用目前提出的波纹金属结构作为功率提取装置具有一些显着的优势。我们讨论了一个特定的设计，将提取高功率射频（0.1 - 1 GW）从高电流驱动梁。这类器件的射频产生和传输已经在较低的频率下得到了证明。我们讨论了15和30 GHz的介质传输结构的设计参数和一些可能的实验。
2000-04-28 physics.acc-ph
Full PIC simulation of a first ACHIP experiment @ SINBAD
在激光照射介质加速器（DLA）中，由于材料在光频下的高损伤阈值，可以实现高加速梯度。这对于发展更紧凑的粒子加速器技术是必要的。由戈登和贝蒂摩尔基金会资助的CHip国际计划加速器（ACHIP）正在研究此类设备。DESY汉堡是合作的一部分。专用加速器研究设施SINBAD特别适合于相对论电子能量的DLA实验。目前正在SINBAD建造的ARES直线加速器预计将产生高质量的光束和短束团长度。该实验的目的是从ARES直线加速器向DLA注入短电子束团。在这项研究中，该设施的第一个可能的实验之一的结果估计通过粒子在细胞（PIC）和跟踪模拟的组合。ASTRA用于模拟ARES直线加速器在合适的工作点产生的电子聚束。该装置的电介质部分将使用CST Particle Studio的PIC代码进行模拟，并将从ASTRA模拟中检索到的聚束结合起来。电子聚束的能谱的计算，将从一个光谱仪偶极子测量与激光场和没有。
2018-02-08 physics.acc-ph
Dielectric laser acceleration of electrons in the vicinity of single and double grating structures - theory and simulations
最近已经观察到靠近熔融石英光栅的电子的电介质激光加速（Peralta等人，Nature 503，91（2013）; Breuer，Hommelhoff，PRL 111，134803（2013））。在这里，我们提出的近场的理论描述接近这样的光栅，可以用来加速非相对论电子。我们还显示了模拟结果的电子与这样的领域在一个单一的和双光栅结构的几何形状和讨论的退相效应，必须考虑到设计时的光子结构为基础的加速器的非相对论性电子。我们进一步使用傍轴射线方程的空间电荷效应建模，并讨论了由此产生的预期峰值电流的各种参数集。
2014-07-24 physics.acc-ph
