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
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
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
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
Photon-recycling dielectric laser accelerator
本文提出基于硅光子器件的光子循环DLA系统，通过循环利用相互作用光场、自适应优化波导结构，实现低注入功率下的高加速梯度与近完全光子利用，并兼具宽能区电子滤波和量子波函数整形功能。
2025-01-09 physics.acc-ph physics.app-ph physics.comp-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
Using short drive laser pulses to achieve net focusing forces in tailored dual grating dielectric structures
激光驱动的光栅型DLA（介质激光加速器）结构已被证明产生GeV/m量级的加速梯度。在简单的$β$匹配光栅结构中，由于激光诱导的稳态沟道内场的性质，颗粒上的每周期力主要在纵向方向上。即使存在强的横向磁场和电场，在相对论电子的情况下，在最大能量增益下的一个周期内的净聚焦效应是可以忽略的。然而，DLA通道中的实际电子束的稳定加速需要存在显著的净横向力。在这项工作中，我们模拟和研究的效果，使用短暂的时间形状的高斯驱动激光脉冲，以实现合适的场配置潜在的稳定加速相对论电子在水平面上。为了实现这一点，激光脉冲和光栅几何形状都被优化。用Particle-In-Cell代码VSim 7.2进行的模拟显示了瞬态和稳态/长脉冲情况。最后，我们研究如何驱动激光相位依赖的聚焦力可能会影响一个潜在的DLA为基础的聚焦晶格。
2018-01-31 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
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
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
Relativistic beam loading, recoil-reduction, and residual-wake acceleration with a covariant retarded-potential integrator
本文提出一种基于协变推迟势积分器的相对论带电粒子追踪算法，可增强粒子加速并减少结构反冲，结合导电斩波器使DLA能量增益提升两倍。
2024-09-19 physics.acc-ph physics.comp-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
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
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
Alternating Phase Focusing for Dielectric Laser Acceleration
介质激光加速器（DLA）的概念在非等离子体粒子加速器中提供了最高的梯度。然而，稳定的光束传输和分级还没有在实验中显示。我们提出了一个计划，限制梁纵向和一个横向方向。在另一个方向上的限制是由一个单一的传统四极磁铁。在420 nm的小孔径内，我们找到了匹配的分布，这允许优化注入到纯传输，聚束和加速结构中。这些的组合类似于射频四极（Quadrupole）的光子学模拟，但由于我们的设置完全是二维的，它可以通过光刻技术在微芯片上制造。这是从低成本手持设备迈向MeV范围内相对论电子的关键一步。
2018-06-19 physics.acc-ph
Tracking with wakefields in dielectric laser acceleration grating structures
由于介质激光加速光栅结构在光波长范围内的微小孔径，尾场将相对论电子的聚束电荷限制在几个飞秒库仑。在本文中，我们提出了一个尾场升级我们的六维跟踪计划DLAtrack 6D，以分析这些限制。CST Studio Suite的模拟提供了计算每个跟踪步骤内的反冲的尾流函数。计算了尾流的尺度律和几何变化对尾流的依赖性。与尾场的跟踪施加到梁和结构参数最近执行和计划的实验。我们比较分析模型的结果，并确定由于横向光束分裂和强大的头-尾不稳定性的强度限制。此外，我们重建相位提前频谱图，并使用它们来分析可能的稳定机制。
2019-11-08 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
Simulation of deflecting structures for dielectric laser driven accelerators
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。这是发展更紧凑的粒子加速器技术的必要条件。由戈登和贝蒂摩尔基金会资助的CHip国际项目的加速器正在研究这种设备。需要操纵光束的手段，即聚焦和偏转，以使这些装置正常工作。这些方法应该依赖于与加速结构相同的制造和动力技术。在这项研究中，不同的概念，介质激光驱动偏转结构的研究通过粒子在细胞（PIC）模拟和比较后。进行比较相对于光束操纵的适用性。另一个有趣的应用将被调查作为一个诊断设备的超短电子束从传统的加速器功能像一个射频横向偏转腔（TDS）。
2018-02-06 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
Physics of the enhanced optical cooling of particle beams in storage rings
讨论了储存环中粒子束增强光学冷却的物理机制、冷却的非线性特性以及对储存环晶格、光学和激光系统的要求
2005-09-23 physics.acc-ph
Enhanced optical cooling of particle beams in storage rings
本文讨论了储存环中粒子束的增强光学冷却（EOC）问题。
2005-04-21 physics.acc-ph
Electron beam profile imaging in the presence of coherent optical radiation effects
在现有和未来的X射线自由电子激光中，具有低能量扩展的高亮度电子束受到各种集体束自相互作用和微聚束不稳定性的影响。相应的相干光辐射效应，例如，相干光学跃迁辐射使得电子束轮廓成像不可能，并且对于使用成像屏的所有类型的电子束诊断成为严重的问题。此外，相干光辐射效应还可能与本征超短电子聚束或电子聚束内超短尖峰的存在有关。在本文中，我们讨论的方法来抑制相干光辐射效应的电子束轮廓成像在色散束线和使用闪烁成像屏结合分离技术。色散光束线中的相干光发射的抑制示出的解析计算，数值模拟和测量。通过应用时间分离技术，证明了在非色散束线中存在相干光辐射效应时的横向和纵向电子束轮廓测量。
2012-06-14 physics.acc-ph
Transverse beam shape measurements of intense proton beams using optical transition radiation
一些粒子物理实验被提议作为能源部HEP强度前沿的一部分。这些实验中的许多将利用兆瓦级质子束到目标上，以形成μ子、K介子和中微子的次级束。这些实验需要对每次射束溢出的入射质子束到靶上的横向尺寸进行测量。由于高功率水平，大多数光束拦截轮廓技术将不能在全光束强度下工作。讨论了利用光学渡越辐射（OTR）进行强流质子束剖面测量的可能性。此外，以前的测量OTR光束轮廓从NuMI光束线。
2012-10-03 physics.acc-ph
Enhanced Optical Cooling of Ion Beams for LHC
研究了LHC中铅离子增强光学冷却（EOC）的可能性。讨论了冷却的非指数特性以及对环形晶格、光学和激光系统的要求。与光学随机冷却（OSC）的比较。
2006-04-06 physics.acc-ph
Injection dynamics of direct-laser accelerated electrons in a relativistic transparency regime
采用三维粒子模拟和理论分析相结合的方法，研究了激光直接加速（DLA）过程中电子注入的动力学过程。结果表明，当超强激光脉冲入射到近临界密度或相对论透明等离子体中时，纵向电荷分离电场激发出离子波。离子波调制了局部电场，并作为一组势阱将位于等离子体通道边缘的电子引导到中心区域，随后在中心区域发生DLA，同时指出自生方位磁场通过使电子偏离激光场区域而抑制了电子的注入过程.了解这些物理过程为进一步优化直接激光加速电子束和相关X/γ射线源的特性铺平了道路。
2017-11-27 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Low Energy Spread Attosecond Bunching and Coherent Electron Acceleration in Dielectric Nanostructures
我们展示了一种紧凑的技术，压缩电子脉冲到阿秒长度，同时保持能量分布合理的小。该技术基于纳米光子硅结构中的介质激光加速（DLA）。与以前的弹道光学微聚束演示不同，我们使用调制解调器方案来压缩时间和能量坐标中的相空间。与第二阶段，我们表明，这些脉冲可以被相干加速，产生净能量增益$1.5\pm0.1$千电子伏，这是显着大于剩余的能量扩展的$0.88 \,_{-0.2}^{+0.0}$千电子伏半高宽。我们表明，通过线性扫描的相位之间的两个阶段，能量谱可以相干地移动在一个周期性的方式，同时保持能量扩散大致恒定。在离开聚束器之后，电子脉冲也被横向聚焦，并且可以被匹配到随后的加速器晶格中。因此，该设置是基于交替相位聚焦（APF）的可扩展DLA的原型注入器。
2020-08-05 physics.acc-ph physics.optics
