Feasibility study for the hard x-ray free electron laser based on synergistic use of conventional and plasma accelerator technologies
探讨了用常规射频加速器作为等离子体驱动尾场加速器的注入器的可能性。传统的加速器提供具有低发射度和低能量扩散的高质量光束。一旦注入到等离子体尾流中，发射度可以在适当的束匹配时被保持，而能量扩散可能不会由于由常规加速器递送的长束持续时间而导致。估算了整个加速器系统和基于该加速器的自由电子激光的参数。
2022-10-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Nonlinear plasma wavelength scalings in a laser wakefield accelerator
激光尾流场加速依赖于强激光脉冲的有质动力对等离子体波的激发。然而，激光尾流中的等离子体波列却很少在实验中直接研究。在这里，我们使用几个周期的阴影与干涉测量相结合，以量化由激光激发的等离子体波的GeV级加速器的密度范围内，即几个1 e18 cm-3。虽然分析模型表明非线性等离子体波长和峰值电势a_0之间存在明显的依赖关系，但我们的研究表明，分析模型仅对驱动强度a_0<=1是准确的。实验数据和系统的粒子模拟表明，等离子体波列的非线性延长不仅取决于激光峰值强度，而且还取决于焦点的腰部。
2020-01-26 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Beam-driven, Plasma-based Particle Accelerators
本文简要介绍了束流驱动等离子体基粒子加速器--等离子体尾场加速器（PWFA）的一些特性。我们还提到了一些主要的成果，已经取得了自诞生的概念。我们尽可能集中精力研究高能粒子束。
2017-05-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
A Brief Review of Plasma Wakefield Acceleration
等离子体尾场加速器承诺巨大的加速度梯度，比今天的传统射频（RF）加速器大三个数量级。这些新的加速器也显示出以几乎相同的因子减小未来加速器尺寸的潜力。本文简要介绍了等离子体尾场加速器的工作原理，并介绍了该领域的最新进展。给出了当前的挑战和潜在的未来使用的等离子体尾场加速器进行了讨论。
2020-02-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Observation of longitudinal and transverse self-injections in laser-plasma accelerators
激光等离子体加速器可以从一个厘米级的设备中产生高质量的电子束，能量高达千兆电子伏。电子束的性质和加速器的稳定性在很大程度上取决于电子注入加速器的阶段。最简单的注入机制是自注入，其中尾流场足够强以将冷等离子体电子捕获到激光尾流中。这种方法的主要缺点是缺乏镜头间的稳定性。在这里，我们提出的实验和数值结果表明存在两种不同的自注入机制。横向自注入被证明是导致低稳定性和质量差的电子束，因为一个强烈的依赖于激光脉冲的强度分布。与此相反，纵向注入，这是明确地观察到的第一次，被证明会导致更稳定的加速和更高质量的电子束。
2013-09-24 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Introduction to Plasma Accelerators: the Basics
在这篇文章中，我们集中在相对论等离子体波加速器的基本物理。强激光或电子束在低密度等离子体中产生相对论性等离子体波，对加速器产生超高加速度梯度具有重要意义。许多方法正在大力追求，以实现超高的加速梯度使用各种等离子体波驱动器，这些包括尾场加速器驱动的光子，电子和离子束。我们描述的基本方程，并显示如何强烈的光束可以产生一个大振幅的相对论等离子体波能够加速粒子到高能量。我们还演示了这些相对论电子波如何加速等离子体中的光子。
2017-05-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Acceleration rate enhancement by negative plasma density gradient in multi-bunch driven plasma wakefield accelerator
本文提出在多束驱动的等离子体尾场加速器中引入负等离子体密度梯度，通过仅调节驱动束与波的相对相位并保持波相位稳定，从而在有限长度内提升被加速束的能量增益。
2024-11-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
A New Type of Plasma Wakefield Accelerator Driven by Magnetowaves
提出了磁波驱动等离子体尾场加速器的新概念。这个概念最初是作为一个可行的机制提出的“宇宙加速器”，将加速宇宙粒子到超高能量的天体物理设置。与更熟悉的等离子体尾场加速器（PWFA）和激光尾场加速器（LWFA）不同，其中驱动器，带电粒子束和激光是独立存在的实体，MPWA调用高频和高速哨声模式作为驱动器，这是一种不能存在于等离子体之外的中波。除了驱动因素的不同，通过有质动力势激发等离子体尾流场的基本机制是共同的。我们的计算机模拟表明，在适当的条件下，等离子体尾场保持非常高的相干性，并可以维持高梯度加速超过许多等离子体波长。我们认为，除了它的天体应用，MPWA的概念也可以是陆地上的效用。MPWA的原理验证实验将有利于地球和天体加速器概念。
2008-08-22 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Flat bubble regime and laminar plasma flow in a plasma wake field accelerator
建立了等离子体尾场加速器中气泡形成的二维模型。它示出的情况下，在一个平坦的驱动程序的气泡可以由两个部分，对应于两种不同类型的等离子体流：一个层流等离子体电子流不交叉和两个流（湍流）流。层流对对称性破缺具有鲁棒性。建立的模型，我们表明，在层流和非相对论性等离子体电子的情况下，横向尾流场是不存在的气泡内，即使在横向非均匀等离子体的情况下。
2022-04-19 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Plasma Waves in a Different Frame: a Tutorial for Plasma-based Electron Accelerators
具有亚光速相速度$v_p$的非线性相对论性纵波是基于等离子体的电子加速器的基础。对于这样的应用，波的关键属性是最大或“波破碎”幅度和被捕获在波场中的电子获得的相应能量。在这里，我们表明，这些属性和一般的波形得到的数学复杂性很小，通过使用洛伦兹变换的帧共同移动速度$v_p$。变换将问题简化为Chian [Plasma Phys. \textbf{21}，509（1979）]最初发现的二阶常微分方程，从而分析可以利用与势阱中粒子的机械运动的类比。这种方法似乎特别适合于一个紧凑的，教程介绍等离子体为基础的电子加速器，几乎没有数学复杂性。
2019-07-02 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Electron dynamics and injection in plasma-based accelerators with sharp vacuum-plasma transitions
从理论上研究了激光或粒子束从真空进入欠密等离子体的动力学过程。我们的理论模型结合了拉格朗日流体模型与经典的准静态尾流场理论。研究发现，背景电子可以注入尾场，因为尖锐的真空-等离子体跃迁可以降低注入阈值。该模型可以从理论上给出注入条件、注入阈值以及注入长度，并与计算机模拟结果进行了比较。此外，在注入阈值附近可以产生高质量的电子束，该方案在降低注入阈值和提高等离子体加速器的束流质量方面具有广阔的应用前景。
2017-11-20 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Physics of beam self-modulation in plasma wakefield accelerators
自调制不稳定性是目前质子束作为等离子体尾场加速驱动器的一个关键因素。数值研究了均匀等离子体和具有小密度上升阶跃的等离子体中束流不稳定性的发展。台阶参数提供了最强的建立尾场，并确定了稳定的聚束训练形成的机制。
2015-03-17 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Beam dynamics challenges in linear colliders based on laser-plasma accelerators
在本文中，我们讨论了设计考虑和光束动力学的挑战与激光驱动的等离子体为基础的加速器应用于多TeV尺度的直线对撞机。等离子体加速器提供超高梯度和超短束团，为紧凑的直线加速器和降低的功率要求提供了潜力。我们表明，稳定，有效的加速与光束质量的保护是可能的，在非线性气泡制度的激光等离子体加速器，使用光束整形。离子运动，自然发生的密集束（即，低发射度和高能量）严重地抑制了横向束的不稳定性。库仑散射的背景离子被认为是在等离子体中的强聚焦强烈抑制散射引起的发射度的增长。束在等离子体中横向运动产生的β电子辐射将导致束功率损失和能量扩展增长;然而，对于100 nm以下的发射度，多TeV级等离子体直线加速器的束功率损失和能量扩展增长将低于%。
2022-03-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Transformer ratio growth due to ion motion in plasma wakefield accelerators
本文报告了等离子体尾场加速器中Langmuir波破裂导致加速电场增强的反直觉效应，其机制是横向波破裂时通过电子的集体流入与单独流出从邻近区域汲取能量。
2023-11-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Control of focusing forces and emittances in plasma-based accelerators using near-hollow plasma channels
提出了一种近中空等离子体通道，其中通道中的等离子体密度远小于壁中的等离子体密度，以提供对等离子体加速器中的聚焦力和加速力的独立控制。在这种几何形状中，通道中的低密度有助于聚焦力，而加速场由通道壁中的高密度决定。该通道还为用于尾流场激发的强激光脉冲提供引导。在某些情况下，电子束和正电子束都可以以近似对称的方式加速和聚焦。近空心等离子体通道可以有效地抑制由于库仑散射引起的发射度增长，适用于高能物理应用。
2013-08-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Magnetic control of particle-injection in plasma based accelerators
利用一个外部横向磁场来触发和控制激光和粒子束驱动尾场加速器中的电子自注入，通过分析和全尺寸粒子模拟来研究。磁场可以放宽注入阈值，并且可以用于控制与等离子体吹出相关联的离子通道中的主要输出束特征，例如电荷、能量和横向动力学。结果表明，这种机制可以研究使用国家的最先进的磁场在下一代等离子体加速器实验。
2011-07-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
The ion motion in self-modulated plasma wakefield accelerators
研究了自调制等离子体加速器中等离子体离子运动的影响。一个分析模型描述离子运动在窄束限制的发展，并通过多维粒子模拟确认。结果表明，离子运动可以导致自调制不稳定性的早期饱和，并抑制加速梯度。这可以减少可以转化为加速粒子的动能的总能量。对于未来质子驱动等离子体加速器实验的参数，离子动力学会产生很大的影响。可能的方法，以减轻在未来的实验中的离子运动的影响进行了论证。
2012-08-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Ponderomotive Injection in Plasma Wakefield Accelerators
提出了一种新的亚相对论等离子体尾场加速器电子注入方案。横向激光器电离掺杂剂气体，并在尾流传播方向上有质动力地加速释放的电子。该过程使得即使对于低于捕获阈值的尾场电势，也能够在尾场中捕获电子。我们从理论上研究了该方案，并通过粒子在细胞中的模拟来展示高质量的波束形成和加速与亚微米归一化发射度和子百分比不相关的能量扩展。
2020-08-19 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Witness emittance growth caused by driver density fluctuations in plasma wakefield accelerators
在等离子体尾场加速器中，我们发现了一种能引起见证发射度增长的新效应。该效应出现在线性或适度非线性等离子体波中。在驱动光束与等离子体波达到横向平衡所需的时间期间，见证物经历随时间变化的聚焦力并失去质量。见证电荷越高，发射度增长率就越低，因为见证电荷被其自身的尾流场额外聚焦。然而，见证头总是退化，退化和完好部分之间的边界逐渐向后传播沿见证束。
2018-07-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Downramp-assisted underdense photocathode electron bunch generation in plasma wakefield accelerators
结果表明，高质量的电子聚束的产生和捕获的要求，从欠密度光阴极在等离子体尾场加速器可以大大放宽通过本地化它的等离子体密度下降。这降低了加速电场的相速度，直到所产生的电子同相，从而允许在浅俘获电势中俘获。因此，低密度光阴极技术可应用于更多数量的加速器设施。此外，有效地抑制了暗电流的产生。
2014-12-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Laser Plasma Accelerators
在激光等离子体加速器的研究活动铺平了许多重大突破。这篇评论文章提供了一个机会，以显示这一研究领域的令人难以置信的演变，在创纪录的时间，使物理学家使用紧凑的激光系统产生高质量的电子束在GeV级。我将展示引导我们探索不同注入方案的科学路径，并通过控制电荷、相对能量扩散和电子能量来产生稳定、高峰值电流和高质量的电子束。
2011-12-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Direct observation of electron shedding from a laser-plasma accelerator
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；Zhengzhou University（郑州大学）
本文首次直接观测到激光等离子体加速器中高电荷电子束提取时的纵向膨胀与电子剥离现象，通过飞秒相对论电子显微镜和粒子模拟揭示其机制，并指出该效应降低束峰值电荷密度与加速器效率。
2026-09-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Observation of Plasma-Undulator Harmonics from a Laser Wakefield Accelerator
这篇论文已被作者撤回。分析中的一个假设在实验条件下是不成立的。
2010-03-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
All-optical density downramp injection in electron-driven plasma wakefield accelerators
等离子体尾场加速器的一个关键问题是如何将高质量的电子注入等离子体波中。在这里，我们报告的第一个实验演示的等离子体密度下降斜坡注入的电子驱动的等离子体尾场加速器，它可以控制和调整的mJ级激光脉冲的全光学方式。激光脉冲在其到达之前被引导穿过等离子体波的路径，在该路径处，激光脉冲除了通过高电离阈值气体成分的隧穿电离产生背景等离子体之外还产生局部等离子体密度尖峰。该密度尖峰在密度下降斜坡期间使等离子体波失真，导致等离子体电子被注入到等离子体波中。通过调整激光脉冲能量和形状，可以设计高度灵活的等离子体密度尖峰分布，从而实现无暗电流的多功能高质量电子束的产生。这又允许产生独特的注入光束配置，例如反向振荡的双光束。
2020-07-24 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Direct observation of the injection dynamics of a laser wakefield accelerator using few-femtosecond shadowgraphy
我们提出了几个飞秒阴影快照期间的非线性演化的等离子体波在激光尾场加速器与横向同步的几个周期的探测脉冲。这些快照可以直接与等离子体波内的电子密度分布相关联，并给出有关其大小和形状的定量信息。我们的研究结果表明，电子自注入到第一等离子体波周期是由第一等离子体周期的延长。三维粒子在细胞模拟支持我们的观察。
2015-07-31 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Exact phase space matching for staging plasma and traditional accelerator components using longitudinally tailored plasma profiles
两级等离子体加速器之间以及等离子体加速器与传统加速器部件之间的相空间匹配是等离子体加速器加速束流保持发射度的关键问题。当束在不同的级和部件之间传播时，横向聚焦强度的巨大差异可能导致在有限的能量扩展和缺乏适当匹配的情况下的灾难性发射度增长。我们建议使用的线性聚焦力从纵向定制的等离子体密度分布的非线性尾流，以提供精确的相空间匹配，以适当地传输电子束通过两个这样的阶段，可以忽略不计的发射度增长。理论分析和粒子模拟显示了这些结构如何在四种不同的情况下工作。理论和模拟之间取得了良好的协议。
2015-08-20 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Energy Compression and Stabilization of Laser-Plasma Accelerators
激光等离子体加速器在加速强度上比目前的射频技术强几个数量级。然而，使它们能够为要求苛刻的应用提供具有竞争力的光束质量，特别是在能量扩散和稳定性方面，仍然是一个重大挑战。在这封信中，我们建议结合聚束减压和主动等离子体去啁啾，以大幅提高激光等离子体加速器光束的能量分布和稳定性。现实的开始到结束的模拟表明，这些加速后的相空间操纵的潜力，同时减少初始能量扩展和能量抖动的$\sim1$到${\lesssim} 0.1 \%$，关闭传统的加速方案的光束质量差距。
2022-09-06 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Phase velocity and particle injection in a self-modulated proton-driven plasma wakefield accelerator
结果表明，等离子体波的相速度降低对自调制质子驱动等离子体尾场加速器（SM-PDPWA）的性能有很大影响。使用分析理论和粒子在细胞模拟，我们表明，减少是最大的自调制的线性阶段。当不稳定性非线性饱和时，相速度接近驱动器的相速度。尾流动力学对加速电子的最大能量增益的有害影响可以使用电子的侧注入或通过平滑等离子体密度梯度控制尾流的相速度来避免。
2011-07-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Demonstration of stable long-term operation of a kilohertz laser-plasma accelerator
我们报告的稳定和连续运行的千赫激光等离子体加速器。电子束与2.6 pC的电荷和2.5 MeV的峰值能量产生通过注入和捕获在一个向下的等离子体密度斜坡。这种密度转变是在一种新设计的非对称激波气体喷嘴中产生的。还在一周的时间内评估了电子源的再现性，发现在束电荷和能量的类似值下是令人满意的。这些结果表明，激光等离子体加速器的重复性和稳定性大大提高了长期规模时，使用一个强大的计划密度梯度注入。
2020-05-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Observation of beam loading in a laser-plasma accelerator
束流负载是限制等离子体加速器电荷和束流质量的一种现象。介绍了用激光等离子体加速器进行的实验研究。束流负载主要表现为束流能量的降低、暗电流的减小和大电荷束能散的增大。3D PIC模拟与实验结果进行了比较，并确认了梁加载的影响。据发现，在我们的实验条件下，被困的电子束产生减速场的顺序为1 GV/m/pC和束加载效果优化约20 pC的被困电荷。
2009-04-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Terawatt attosecond X-ray source driven by a plasma accelerator
等离子体加速器可以产生超高亮度电子束，这为具有传统加速器技术无法实现的较小物理占地面积和特性的光源打开了大门。本文研究了等离子体尾场加速器（PWFA）产生的电子束可以产生峰值功率为TW、持续时间为几十阿秒的几个周期的相干可调谐软X射线脉冲，其功率、持续时间和稳定性都比现有的X射线自由电子激光（XFEL）高一个数量级。这样的光源将大大提高在超快时间尺度上实验研究电子动力学的能力，对多个科学领域产生广泛的影响。不同于在典型的XFEL中从噪声开始，在这种方法中的X射线发射由来自阿秒持续时间的预聚束的近兆安培（MA）电流电子束的相干辐射驱动。这放宽了迄今为止阻碍将等离子体加速器用作相干X射线驱动器的进展的限制性容限，为先进的加速器光源应用提供了新的范例。
2021-08-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Progress of the FLASHForward X-2 high-beam-quality, high-efficiency plasma-accelerator experiment
FLASHForward是DESY的一个实验设施，致力于束流驱动等离子体加速器的研究。X-2实验旨在证明在紧凑的等离子体阶段中同时保持束流质量和高能量效率的加速。我们报告已完成的调试，第一次实验结果，正在进行的研究课题，以及未来的升级计划。
2021-11-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Quasi-monoenergetic Laser-Plasma Positron Accelerator using Particle-Shower Plasma-Wave interactions
建立了厘米级激光等离子体正电子全光加速器模型，用于产生超相对论能量可调的准单能光束。这里阐明的一个新原理描述了捕获发散正电子，这些正电子是激光驱动的电磁簇射的一部分，具有大的能量扩展，并且它们在激光驱动的等离子体波中加速成准单能正电子束。使用分析和Particle-In-Cell模拟证明了这一原理，在这里定义的限制下，现有的激光器可以加速数百MeV pC准单能正电子束。通过提供一个负担得起的替代更大规模的射频加速器，这种紧凑的正电子加速器开辟了新的研究途径。
2018-04-18 physics.acc-ph physics.app-ph physics.comp-ph
Effects of the transversely nonuniform plasma density in a blowout regime of a plasma wakefield accelerator
本文基于等离子体电子弹道模型解析研究PWA吹离区横向密度梯度的影响，推导赝势与尾场解，发现其改变气泡形状、产生偶极尾场并使电磁中心偏移，但不会导致不稳定性。
2023-06-16 physics.acc-ph physics.plasm-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
Radiative Losses in Plasma Accelerators
利用经典力学，考虑辐射反作用力的作用，研究了强非线性等离子体波中相对论电子的动力学行为。两个极限情况下考虑。在第一种情况下，被加速的电子的能量很低，电子在加速过程中产生许多电子感应加速器振荡。在被加速的电子的能量高的第二种情况下，电子感应加速器振荡周期比加速阶段中的电子停留时间长。我们表明，辐射摩擦力可以严重限制等离子体加速器中的电子加速率。
2007-05-31 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Stability of the Modulator in a Plasma-Modulated Plasma Accelerator
本文推导了P-MoPA方案中等离子体调制器的三维解析理论，发现光谱调制与横向坐标无关，并识别出限制驱动脉冲能量的横向模式不稳定性（TMI），PIC模拟表明可调制更高能量的脉冲。
2023-03-24 physics.acc-ph physics.plasm-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
High brightness, symmetric electron bunch generation in a plasma wakefield accelerator via a radially-polarized plasma photocathode
本文扩展等离子体光阴极方案，采用径向极化激光产生高电荷、高亮度且发射度对称的电子束，并通过贝叶斯优化评估性能，发现其在最优加载下优于线极化方案。
2025-05-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Coherence and superradiance from a plasma-based quasiparticle accelerator
相干光源，例如自由电子激光，为生物学、化学、物理学和先进技术应用提供明亮的光束。增加这些光源的亮度需要逐渐变大的设备，最大的是几公里长（例如，LCLS）。我们能否扭转这一趋势，将这些资源带到大学、医院和工业界的数千个实验室？在这里，我们通过重新思考辐射物理学的基本原理来解决这个长期存在的问题。我们工作的核心是引入基于准粒子的光源，这些光源依赖于发光电荷系综的集体和宏观运动，以考虑单个电荷时非物理的方式进化和辐射。基本概念允许在全新的配置中实现时间相干性和超辐射，提供具有清晰实验特征和革命性特性的辐射。基本的概念是说明与等离子体加速器，但远远超出了这种情况下，如非线性光学配置。准粒子方法的简单性使其适合在现有的激光和加速器设施的实验演示。
2023-01-26 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Nonlinear Inverse Compton Scattering from a Laser Wakefield Accelerator and Plasma Mirror
我们用250 MeV激光尾场电子加速器和等离子体反射镜通过逆反射未使用的驱动激光从加速的电子散射来产生线性和非线性机制的逆康普顿散射X射线。我们使用CsI（Tl）体素化闪烁体来表征X射线，该闪烁体测量它们的总能量和发散度作为从加速器出口到等离子体镜距离的函数。在每个等离子体镜位置处，这些X射线性质与驱动加速器之后的激光脉冲的测量的通量和推断的强度相关，以确定激光强度参数$a_0$。结果表明，ICS X射线产生在$a_0$范围从$0.3\pm0.1$到$1.65\pm0.25$，并超过共传播韧致辐射和电子感应加速器X射线的强度至少10倍，在整个$a_0$的范围。
2021-06-30 physics.acc-ph physics.plasm-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
Synchrotron radiation from a curved plasma channel laser wakefield accelerator
在弯曲的等离子体通道中引导的激光脉冲可以激发尾场，该尾场使电子沿着拱形轨迹转向。当电子沿着弯曲的通道加速时，它们发射出同步辐射。我们提出了简单的分析模型和模拟研究激光脉冲引导，尾场产生，电子转向，和同步辐射在弯曲的等离子体通道。对于实验上可实现的参数，~ 2GeV的电子每厘米发射0.1个光子，平均光子能量为多个keV。
2016-11-02 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Robust autoresonant excitation in the plasma beat-wave accelerator: a theoretical study
介绍并分析了一种改进的等离子体拍频波加速器方案，该方案基于非线性朗缪尔波通过绝热共振通道自共振锁相到驱动激光器的慢啁啾拍频。这种新方案的目的是克服一些众所周知的限制，以前的方法，即相对论失谐和非线性调制或其他非均匀性或非平稳性的驱动朗缪尔波振幅，和敏感性的频率失配，由于测量的不确定性和密度波动和不均匀性。
2004-03-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Precision alignment and tolerance of a plasma wakefield accelerator in a laser-ionized plasma source
本文提出通过分析等离子体余辉光强分布实现激光电离等离子体源与PWFA电子束的精密对准，并实验确定了对准容差，为对撞机与光源设计提供关键参数。
2025-08-23 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Modeling of three-dimensional betatron oscillation and radiation reaction in plasma accelerators
β振荡是激光或束驱动等离子体尾场加速器中的一种常见现象。在传统的模型中，等离子体尾流对相对论电子提供线性聚焦力，电子在一个横向方向上振荡，电子振荡频率与电子的$1/\sqrtγ$成正比，其中$γ$是电子的洛伦兹因子。用数值方法得到了电子感应加速器时间尺度上的运动的长期方程，并与原始方程进行了比较。除了已经发现的辐射反应引起的纵向和横向阻尼外，我们还根据长期方程给出了纵向相位漂移、电子感应加速器相移和电子感应加速器极化变化等现象。这项工作对未来的等离子体高能加速器和对撞机具有重要的参考价值。
2022-11-01 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Oscillation damper for misaligned witness in plasma wakefield accelerator
针对线性或中等非线性等离子体尾场加速器中外部见证束对中困难的问题，本文提出在其前方亚毫米处加入同源阻尼束团，通过尾场扰动实现见证束自动回轴且无质量损失。
2024-10-26 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
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
Energy Depletion and Re-Acceleration of Driver Electrons in a Plasma-Wakefield Accelerator
本文首次明确观测到等离子体尾场加速器中驱动电子的再加速现象，并测得驱动器将57%能量沉积于195毫米等离子体，结合其他效率表明其总能量转移效率可达到或超越传统加速器。
2024-07-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Self-Adaptive Stabilization and Quality Boost for Electron Beams from All-Optical Plasma Wakefield Accelerators
University of Strathclyde（思克莱德大学）；Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学）；Heinrich Heine University Düsseldorf（杜塞尔多夫大学）；Cockcroft Institute（科克克罗夫特研究所）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；École Polytechnique（巴黎综合理工学院）；Helmholtz-Zentrum Dresden–Rossendorf（德累斯顿罗森多夫亥姆霍兹中心）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）
本文提出利用等离子体光阴极技术提升激光等离子体谐振加速器电子束质量，通过补偿波动实现更稳定的输出。
2025-07-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Laser-driven high-quality positron sources as possible injectors for plasma-based accelerators
射频加速器可持续的加速场的幅度的内在约束要求追求替代和更紧凑的加速方案。其中，基于等离子体的加速器可以说是最有前途的，这要归功于它们可以维持的高加速场，大大超过了GeV/m。虽然基于等离子体的电子加速现在已经足够成熟，可以在这个方向上进行系统的研究，但正电子加速仍然处于起步阶段，目前正在进行的项目有限，为进一步的实验提供可行的测试设施。在这篇文章中，我们提出了一个最近证明的激光驱动配置作为一个相对紧凑和廉价的高品质的超相对论正电子源的激光驱动和粒子驱动等离子体尾场加速研究。蒙特卡罗模拟表明，近期的高强度激光设施可以产生高电流，飞秒尺度的持续时间，并在GeV范围内的能量足够低的归一化发射度的正电子束注入进一步的加速阶段。
2018-06-07 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Controlled Injection in a Laser Plasma Accelerator via an Optically Generated Waveguide Constriction
本文提出收缩波导注入的全光学方案，在等离子体波导内原生构建高度可调谐的受控注入结构，并通过端到端模拟验证了以1 J激光能量产生1.1 GeV、10 pC、0.35%能量散度的高质量电子束，为应用型激光等离子体加速器提供精细调控手段。
2024-10-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Plasma wakefield excitation by incoherent laser pulses: a path towards high-average power laser-plasma accelerators
在激光等离子体加速器（LPA）中，在等离子体中传播的短而强的激光脉冲驱动尾场（具有相对论相速度的等离子体波），该尾场可以维持极大的电场，从而实现紧凑的加速结构。潜在的LPA应用包括紧凑型辐射源和高能线性对撞机。我们提出并研究了由大量低能激光脉冲（即，而不限制脉冲相位）。我们表明，尽管在由脉冲所占据的体积内的电磁场的非相干性质，激发的尾场是定期的，其振幅是可比的或等于使用一个单一的，相干的脉冲具有相同的能量。这些结果为下一代基于LPA的应用提供了一条途径，其中非相干组合的多个脉冲可以实现高重复率、高平均功率的LPA。
2014-04-17 physics.acc-ph physics.plasm-ph
