Emission and its back-reaction accompanying electron motion in relativistically strong and QED-strong pulsed laser fields
分析了相对论强激光脉冲场中电子的辐射。在J > 2 10^22 W/cm 2的脉冲强度下，只要电子能量足够高：E > 1 GeV，反向传播电子的发射就会受到量子电动力学（QED）效应的影响。首次从QED原理导出了电子所受的辐射力，并将其适用范围向QED强场扩展。
2010-03-03 physics.plasm-ph
Collective plasma effects of electron-positron pairs in beam-driven QED cascades
本文通过三维QED-PIC模拟研究束流驱动QED级联产生对等离子体，发现高密度与低伽马因子共同导致显著集体效应，并在理想及现有参数下观测到激光频率上移。
2024-05-23 physics.plasm-ph
QED Effects at Grazing Incidence on Solid-State-Targets
新的激光设施将达到$10^{23} \textrm{W cm}^{-2}$的强度。这一进展使新的实验装置在激光等离子体相互作用的研究。在这些极端场的设置中，量子电动力学（QED）效应，如通过非线性康普顿散射和Breit-Wheeler对产生的光子发射变得重要。本文采用二维粒子模拟方法研究了高强度激光与固体靶表面的擦肩碰撞，并考虑了QED效应。两束激光束以掠射角在目标表面处碰撞。由于靶表面附近的场，电子被提取和加速。最后，引出的电子与反向传播的激光碰撞，在足够的激光强度下，触发了许多QED效应，导致QED级联。在这里，研究了各种激光强度和入射角的过程，最后比较种子真空级联。我们的结果表明，建议的目标可以产生许多数量级的次级粒子，并在较低的激光强度比单独的种子真空发展的QED级联。
2022-07-01 physics.plasm-ph
Single-laser scheme for reaching strong field QED regime via direct laser acceleration
GoLP/Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa（里斯本大学高等技术学院等离子体与核聚变研究所）；Institute of Plasma Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院等离子体物理研究所）
单束激光方案通过直接激光加速和反射激光场相互作用，实现强场QED效应的实验探测。
2026-01-21 physics.plasm-ph
Creating QED Photon Jets with Present-Day Lasers
大规模的，相对论粒子在细胞模拟与量子电动力学（QED）模型表明，高能量（1 $<E_γ\lesssim$ 75兆电子伏）QED光子射流与$10^{12}$锶$^{-1}$通量可以创建与当今的激光器和平面，非结构化的目标。该过程涉及响应于紧密聚焦（$f$数单位）到靶表面上的激光脉冲而在靶中自形成通道。我们表明，自我形成的通道是强大的实验动机的变化，在preplasma，入射角，激光稳定性，并在模拟中使用历史拍摄数据从得克萨斯州拍瓦。我们估计，在10s的MeV范围内的可检测的光子通量将需要约60 J，在150 fs的脉冲。
2021-09-15 physics.plasm-ph
Generation of Ultra-intense Gamma-ray Train by QED Harmonics
当激光强度超过10^22W/cm ^2时，在激光与等离子体相互作用中，高次谐波过程可以产生能量超过MeV的光子。我们发现在这样的激光强度下，量子电动力学效应在辐射图样中起主导作用。与气体和相对论HHG过程相比，QED谐波产生的γ射线辐射的出现和能量都是随机的，而且QED谐波通常不相干，同时保持了高强度和超短持续时间的特性。模拟结果表明，γ射线训练的周期是激光周期的一半，峰值强度为1.4e22W/cm ^2。这种新的谐波产生与QED效应是至关重要的光-物质相互作用在强场，并可以在实验中验证10 PW激光装置在不久的将来。
2015-08-25 physics.plasm-ph
Dense electron-positron plasmas and bursts of gamma-rays from laser-generated QED plasmas
在模拟12.5PW激光（聚焦强度I = 4x10^23W/cm^2）撞击固体铝靶的过程中，10%的激光能量转化为伽马射线。产生了密度最大为10^26/m^3的稠密电子-正电子等离子体，比1 PW激光产生的纯电子-电子+等离子体密度高7个数量级。当激光功率增加到320 PW（I = 10^25W/cm ^2）时，40%的激光能量转化为γ射线光子，10%转化为电子-正电子对。在这两种情况下，量子电动力学发射过程和等离子体物理之间都有很强的反馈;在这些相互作用中达到了新的“量子电动力学-等离子体”制度的定义特征。
2013-04-19 physics.plasm-ph
Dense Polarized Positrons from Laser-Irradiated Foil Targets in the QED Regime
在强场量子电动力学（QED）体系中，激光与固体相互作用可以有效地产生高密度正电子。这些正电子是否被极化还没有报道，限制了它们的潜在应用。本文采用QED粒子模拟方法，考虑了正负电子自旋和光子极化效应，研究了一种典型的激光-固体系统，即用超强线偏振激光照射含有$μ$ m尺度预等离子体的箔靶。我们发现，当激光强度超过$10^{24}~\rm W/\rm cm^2$时，正电子产额变得可观时，正电子明显地被极化。极化的正电子能以$10^{12}\,{\rm sr}^{-1}$的通量获得$>30\%$极化度和$>30$ nC电荷。偏振依赖于偏转角，在某些角度和能量下可达60%。角相关极化归因于正电子在过密等离子体表层中所经历的非对称激光场，其中辐射自旋翻转和辐射反应起着重要作用。正电子极化是鲁棒的，通常可以出现在未来的100-PW级激光固体实验的各种应用。
2021-12-14 physics.plasm-ph
Generation of Polarized Overdense Pair-photon Fireball via Laser-Driven Nonlinear-linear QED Cascade
Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）；China Institute of Atomic Energy（中国原子能科学研究院）
本文提出一种利用激光驱动非线性-线性量子电动力学级联生成极化过密电子-光子火球的方法，该方法显著降低了实验室中生成密集火球所需的激光强度阈值，实现了高极化和准中性火球的生成。
2026-07-07 physics.plasm-ph
Ionization-induced laser-driven QED cascade in noble gases
提出了一个计算强电磁场电离率的公式，并用于数值研究两束反向传输激光脉冲场中惰性气体的量子电动力学级联。它表明，在级联中产生的电子-正电子对的数量增加与气体的原子序数，气体密度被认为是正比于原子序数。激光脉冲前沿产生的电子大多数被有质动力从强激光场所占据的区域中驱逐出去，但也有一小部分电子在激光场中停留较长时间，直到激光场足够强时才级联。这一机制适用于所有气体。对于高$Z$气体，当激光场足够强时，存在与内壳层电离相关的附加机制。这两种机制的级联启动的作用被揭示。
2017-07-31 physics.plasm-ph
The Lagrangian Formulation of Strong-Field QED in a Plasma
本文研究了等离子体介质中强激光场作用下标量和旋量量子电动力学（QED）的拉格朗日形式。我们包括等离子体的影响，类似于自由拉格朗日的“毛茸茸的图片”，并获得耦合的运动方程的等离子体粒子和激光传播。我们证明了强场波（即激光）满足质量色散关系，并自洽地得到了激光光子的有效质量。本文导出的拉格朗日公式是计算等离子体中量子过程的截面的基础。
2014-03-02 physics.plasm-ph
QED-driven laser absorption
吸收涵盖了当高功率激光照射光学厚度的物质时，将强烈的光子通量转化为高能粒子的物理过程。它是当今重要的兆瓦级应用的基础，例如，医用质子束的生产然而，超高场应用的发展受到阻碍，因为迄今为止还没有研究描述吸收贯穿等离子体物理从经典到量子电动力学（QED）的整个过渡。在这里，我们提出了一个吸收模型，持有超过一个前所未有的六个数量级的光学强度，奠定了基础的QED应用的激光驱动粒子束。我们证明了在$1.8\times 10^{25}~\mathrm{W~ cm^{-2}}$中有58%的有效γ射线产生，并创建了一个反物质源，实现了$4\times 10^{24}\ \mathrm{positrons}\ \mathrm{cm^{-3}}$，$10^{6}~\times$比任何已知的光子方案更密集。这些结果将应用于黑洞和脉冲星风的实验室探测，材料科学和国土安全的γ射线照相，以及基础核物理。
2019-08-07 physics.plasm-ph
Electron - positron cascades in multiple-laser optical traps
我们提出了一个分析和数值研究的多激光QED级联诱导线偏振激光脉冲。我们分析了不同的偏振方向，并提出了一种配置，最大限度地提高级联的多重性，有利于激光吸收。我们概括的级联增长率的分析估计先前计算的领域中的两个碰撞线偏振激光脉冲和帐户多激光相互作用。利用OSIRIS的QED PIC模块对不同激光强度范围内的四激光QED级联进行了全面的数值研究，验证了这一估计。我们表明，通过使用四个线性偏振的30 fs激光脉冲，一个可以转换超过50%的总能量的伽马射线已经在激光强度$I\simeq10^{24}\ \mathrm{W/cm^2}$。在该配置中，与两个激光器碰撞的情况相比，激光转换效率更高。
2016-09-26 physics.plasm-ph
Numerical Modeling of Radiation-Dominated and QED-Strong Regimes of Laser-Plasma Interaction
超强激光脉冲可以如此强烈，以至于聚焦光束中的电子由于伽马光子发射而损失大量能量，同时其运动通过辐射反向反应而偏离。本文综述了辐射主导和QED强激光等离子体相互作用的数值模拟方法和工具。
2011-02-17 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Particle Deceleration for Collective QED Signatures
量子电动力学级联产生的电子-正电子对等离子体中的频率上移被认为是集体效应的第一个实验特征。由于产生的对的高有效质量将减少任何频率变化，因此在实验室框架中最小洛伦兹因子处的停止对被认为是对激光上移的主要贡献。然而，我们证明，只考虑停止粒子不适当地忽略了粒子的贡献，在激光传播方向上重新加速。重新加速的粒子，在每个粒子的基础上，应该更强烈地影响激光，并在更长的时间尺度上。为了最大限度地提高粒子对激光上移的贡献，我们考虑了拉盖尔-高斯（LG）模式，以更好地反射产生的对。与高斯光束相比，LG模式在粒子减速和再加速方面没有优势，但LG模式可以在更长的持续时间内保持粒子贡献，从而允许更多的对密度积累。用结构化光束减速以将对保持在激光器内应该产生更大的升档，从而降低对驱动激光器的要求。
2022-04-14 physics.plasm-ph
Generation-Resolved Signatures in QED Cascades: Diagnostics for Ultraintense Laser Parameters
Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）
本研究开展超强激光与GeV电子束对撞引发的QED级联的代分辨分析，通过追踪级联各代演化的蒙特卡洛模型，发现辐射反应抑制高产额、正电子能谱随参数软化等规律，建立标度关系，提出用可观测参量诊断激光强度与脉宽的新方法。
2026-08-05 physics.plasm-ph
Radiation back-reaction in relativistically strong and QED-strong laser fields
分析了相对论强激光脉冲场中电子的辐射。在脉冲强度为\ge 10^{22} W/cm ^2时，只要电子能量足够高：E \ge 1 GeV，反向传播电子的发射就会受到量子电动力学（QED）效应的影响。首次从QED原理导出了电子所受的辐射力，并将其适用范围向QED强场扩展。
2009-10-22 physics.class-ph physics.plasm-ph
Quantum radiation reaction in head-on laser-electron beam interaction
本文研究了电子束与不同强度的激光脉冲相互作用时的能散和发散度的演化，其中量子效应和辐射反应是相关的。的相互作用与QED-PIC代码建模和结果进行了比较与标准的PIC代码与一个经典的辐射反应模块和理论预测。经典的辐射反应是一个连续的过程，而在量子电动力学中，辐射发射是随机的。当发射光子的能量小于发射电子的能量时，这两个图像在极限上一致。经典辐射反应使电子分布函数的能散趋于减小，而随机QED辐射又使能散增大，这两种趋势在QED主导区相互竞争。我们的分析，QED模块的支持下，揭示了一个上限，由于随机性，取决于激光强度和电子束的平均能量的最大可达到的能量扩展。超过这个极限，能量扩散减小。这些发现被验证为不同的激光脉冲长度范围从短~ 30 fs脉冲目前提供的长~ 150 fs脉冲预计在不久的将来的激光设施，并与理论模型进行比较。我们的结果还表明，不久的将来的实验将能够探测这种转变，并证明增强QED诱导的能量扩展和经典辐射反应的能谱窄化之间的竞争。
2016-10-06 physics.plasm-ph
QED and Lasers: A Tutorial
这是一篇关于高强度QED的简短教程演讲的文章，视频在英国卢瑟福-阿普尔顿实验室的中央激光设施的2021年圣诞年会上发表。前半部分包括一个主要的历史介绍（量子）电动力学集中在几个关键概念。然后，将这一成熟的理论与高强度激光存在时的强场概括进行比较。增加了一些补充材料和相当数量的参考资料。
2022-03-02 hep-ph physics.plasm-ph
Detecting Quantum Stochastic Effects in Radiation Reaction via Laser-Produced Surface QED Plasmas
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）
提出用超强激光照射V形等离子体腔，通过表面波与电子束碰撞触发辐射反作用，利用三维PIC模拟发现量子随机模型在偏转电子束中保留高能成分，形成可观测的角谱特征。
2026-06-28 physics.plasm-ph
Pair filamentation and laser scattering in beam-driven QED cascades
本研究在束流驱动QED级联中观测到电子-正电子对等离子体的纵向丝化，指出其由激光有质动力而非双流或Weibel不稳定性引起，并表明该丝化会导致激光能量向大角度强烈散射，是集体QED等离子体动力学的标志。
2024-02-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
QED cascade induced by high energy $γ$ photon in strong laser field
研究了两束反向传输激光诱导的量子电动力学级联。证明了种子光子产生粒子对的几率远大于种子电子产生粒子对的几率.通过分析种子光子产生的电子和正电子的动力学特性，发现种子光子产生的粒子比种子电子产生的粒子更有可能发射光子.进一步，我们还证明了在相同的入射能量和相同的激光条件下，种子光子比种子电子更容易触发量子电动力学级联。
2013-12-09 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Probing nonperturbative QED with optimally focused laser pulses
我们研究非微扰对生产的强烈，聚焦激光场称为电子偶极脉冲。我们解决所需的条件，如真空的质量，达到高强度，而不启动光束耗尽级联，可以创建的对的数量，和实验检测所创建的对。我们发现，e-偶极脉冲提供了一个最佳的方法来调查非微扰QED。
2013-07-26 hep-ph physics.plasm-ph
Magnetic field generation in laser-solid interactions at strong-field QED relevant intensities
University of Michigan（密歇根大学）；Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa（里斯本大学高等技术学院）；University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
通过2D粒子模拟研究了下一代激光装置相关强度下激光-固体相互作用中的磁场产生，发现高能光子转化消耗大量能量，并建立了靶表面场演化及定标模型以预测未来装置的磁场强度。
2023-09-10 physics.plasm-ph
Brilliant GeV Gamma-ray flash from Inverse Compton Scattering in QED Regime
提出了一种研究量子电动力学（QED）体系中激光-等离子体逆康普顿散射非相干光子发射的全光学方案。提出了一个理论模型，解释了辐射反应俘获、自生磁场和螺旋吸引子在相空间中的耦合作用，保证了能量和角动量从电磁场向粒子的转化.利用一个前瞻性的$\sim$ 10 $^{23}$ W/cm $^{2}$激光设备，三维粒子在细胞（PIC）模拟表明，目前的伽马射线闪光具有前所未有的功率数拍瓦（PW）和亮度为1.7 $\times$ 10 $^{23}$光子/s/mm $^2$ /mrad $^2$ /0.1 $\%$带宽（在1 GeV）。这些结果预示着粒子物理和实验室天体物理在探索激光等离子体相互作用时的新的研究方向。
2018-01-22 physics.plasm-ph
Production of polarized particle beams via ultraintense laser pulses
高能自旋极化电子、正电子和$γ$ -光子束在材料性质、原子核结构、粒子物理和高能天体物理的研究中有着重要的应用。因此，这种偏振光束的有效产生吸引了广泛的研究兴趣。这主要是由于超短和超强激光技术的快速发展。当前可用的激光脉冲可以实现在$10^{22}-10^{23}$ Wcm $^{-2}$范围内的峰值强度，其中脉冲持续时间为数十飞秒。在一定强度的激光场中，粒子的动力学行为由量子电动力学（QED）控制，相互作用机制已达到非线性多光子吸收（强场QED过程）所跨越的范围。在强场QED过程中，散射截面明显依赖于粒子的自旋和极化，而自旋相关的光子发射和辐射反应效应可以用来产生极化粒子。超强激光驱动的偏振粒子源具有高亮度、体积小等优点，为许多领域的研究开辟了道路。在这项工作中，我们简要地回顾了强场QED过程中的偏振效应的研究的开创性的结论，以及最近的建议，通过激光束或激光等离子体相互作用的偏振粒子的生产所取得的进展。
2022-05-06 physics.plasm-ph
Simulations of spin/polarization-resolved laser-plasma interactions in the nonlinear QED regime
该研究在PIC代码中实现自旋/极化分辨的SF-QED过程，构建新理论平台，以研究超强激光与物质相互作用中的强场物理。
2023-07-26 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Laser opacity in underdense preplasma of solid targets due to quantum electrodynamics effects
我们研究了下一代激光脉冲在10 PW $-$ 200 PW与固体靶相互作用的相对论欠密预等离子体的放大自发发射（ASE）产生的存在。由于量子电动力学（QED）过程中产生的电子-正电子对和$γ$射线光子，激光打孔和相对论透明受到强烈的限制。一对等离子体的密度以上的初始preplasma密度形成，抵消了由钻孔产生的无电子通道。这种对主导的等离子体可以阻止激光输运并触发类似雪崩的QED级联，有效地将激光能量转换为光子。这使得1- $\rmμm$ -标度长度、欠密的预等离子体对该功率水平的激光脉冲完全不透明。因此，QED诱导的不透明性为固体靶实验中的这种脉冲设定了比经典等离子体物理预期的高得多的对比度要求。例如，我们的模拟表明，质子加速从后方的固体与preplasma将强烈受损。
2017-01-20 physics.plasm-ph
QED cascade initiation via reflection of a multipetawatt laser pulse from a self-organized parabolic plasma mirror
本文提出利用单个多拍瓦激光脉冲从自组织抛物面等离子体镜反射来引发QED雪崩级联，在27 PW功率下观测到指数增长和超过15代正电子，证明无需多通道精确同步即可实现。
2025-08-21 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Pair Creation in QED-Strong Pulsed Laser Fields Interacting with Electron Beams
已知QED效应发生在强激光脉冲与反向传播电子束的相互作用中，这些效应中包括电子-正电子对的产生。我们讨论了J > 5*10^22 W/cm 2的激光脉冲强度与数十GeV的电子束能量相结合的范围。在这种情况下，单束电子可以产生多个对，一些新生粒子能够进一步产生对。辐射反反应防止雪崩的发展和限制对创建。导出了电子、正电子和γ光子的积分微分动力学方程组，并进行了数值求解。
2010-09-23 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Attaining a strong-field QED signal at laser-electron colliders with optimized focusing
高能电子束与强激光脉冲的碰撞为研究高量子非线性参数$χ$的强场QED过程提供了基础。然而，由于过程的概率性质和碰撞参量的逐炮变化，信号去卷积是复杂的，这不利于使用紧密聚焦。我们提出了一种区分高$χ$发射信号的概念，该概念使得能够使用最佳聚焦来针对给定的电子能量$\varepsilon$、激光功率$P$和波长$λ$获得最高的$χ\approx 5.25 \left(\varepsilon / (\text{1 GeV})\right)\left(P/(\text{1 PW})\right)^{1/2}\left((\text{1 }μ\text{m})/λ\right)$。达到这样的f/2聚焦的$χ$需要10倍以上的功率。
2022-12-08 physics.optics physics.plasm-ph
Benchmarking semiclassical approaches to strong-field QED: nonlinear Compton scattering in intense laser pulses
与光子发射相关的反冲是强电磁场中超相对论电子动力学的关键，如在高强度激光-物质相互作用和天体物理环境（如中子星磁层）中发现的。当光子的能量变得与电子的能量相当时，有必要使用量子电动力学（QED）来精确描述动力学。然而，由于多粒子效应和电磁场的复杂结构，从强场QED计算适当的散射矩阵元通常是不可能的。因此，这些相互作用的半经典处理，耦合概率发射事件的经典电动力学使用率计算的局部恒定场近似。在这里，我们提供了全面的基准这种方法对精确的量子电动力学计算的非线性康普顿散射的电子在强激光脉冲。我们发现协议的光子光谱之间的百分比水平，以及从背景场的吸收模型的预测之间，归一化振幅$a_0 > 5$。我们讨论了改进的数值方法的可能途径和我们的研究结果的QED级联的影响。
2018-08-02 hep-ph physics.plasm-ph
Electron spin- and photon polarization-resolved probabilities of strong-field QED processes
推导了在超强激光场中高能光子发射和电子-正电子对产生的全偏振分辨几率。量子电动力学蒙特卡罗程序和量子电动力学单元程序的主要目的是研究超强激光-等离子体和激光-电子束相互作用中的非线性量子电动力学过程的极化效应，以及在超强外场中的其他非线性量子电动力学过程，其涉及光子发射和对产生的多个基本过程。Baier和Katkov引入的量子算符方法用于准经典方法和局域常数场近似中的概率计算。超相对论性制度的概率给出了一个紧凑的形式，并适合于描述在强激光场的任意配置的偏振效应，使他们非常适合于应用。
2022-01-26 hep-ph physics.plasm-ph
Simulations of laser-driven strong-field QED with Ptarmigan: Resolving wavelength-scale interference and $γ$-ray polarization
本文利用Ptarmigan程序在局域单色近似下模拟过渡区强场QED过程，并验证其对线偏振激光和任意偏振γ射线的模拟精度达到百分之几。
2023-09-05 hep-ph physics.plasm-ph
Collisionless absorption of short laser pulses in a deuterium cluster: dependence of redshift of resonance absorption peak on laser polarization, intensity and wavelength
利用分子动力学模拟研究了不同强度、波长和偏振态的短脉冲激光在氘团簇中的无碰撞吸收。对于给定的激光能量和脉冲宽度$\approx$ 5-fs（fwhm），发现无论激光的线偏振（LP）和圆偏振（CP）状态如何，在已知的静态Mie共振或线性共振（LR）波长$\lambdaM\approx 263$ ~nm（对于氘团簇）处都不会发生最大激光吸收。随着激光强度的增加，由于逐渐的外部电离和团簇膨胀，吸收峰从预期的静态~ $\lambdaM$逐渐红移到$λ\!\! \approx \!\!(1\!\!-\!\!1.5)\lambdaM$的边缘过密区域中的更高的$λ$;当LP和CP的外部电离在100\%饱和时，高于强度的共振吸收峰消失（有时伴随着{ \em甚至}吸收的增长）。共振吸收峰的消失不应被误解为米氏共振的作用可以忽略（或没有）。事实上，在$λ\!\! \approx \!\!(1\!\!-\!\!1.5)\lambdaM$的这个边缘过密带中，一些电子在自由时经历动态米氏共振（动态LR），而另一些电子经历非谐共振。还发现，在吸收峰之前，对于所有强度和$λ$，由于LP和CP激光器的激光吸收几乎同样有效（CP情况比LP高得多）。然而，在吸收峰之后，在较低的强度下，由于LP的吸收不明显地主导由于CP的吸收，随着~ $λ$的增加，其在较高的强度下逐渐逆转。分子动力学的结果也得到了团簇刚性球模型的支持…
2018-12-25 physics.plasm-ph
Signature of Collective Plasma Effects in Beam-Driven QED Cascades
QED级联在磁星等极端天体物理环境中起着重要作用。它们也可以通过将相对论电子束穿过强激光场来产生。集体对等离子体效应在这些QED级联的签名显示出现，在精致的细节，通过等离子体诱导的频率上移的激光光谱。值得注意的是，即使在以相对论速度移动的小等离子体体积中也可以检测到这些特征。强场量子和集体对等离子体效应，因此可以探索与现有的技术，提供超密集的电子束与多PW激光器共定位。
2021-09-20 hep-ph physics.plasm-ph
The locally monochromatic approximation to QED in intense laser fields
我们导出了强背景场中QED效应的一个近似，它可以用来改进激光-粒子碰撞的数值模拟。将激光视为任意强度的平面波，我们将波分为快（载波）和慢（包络）模式。我们解决的相互作用动力学完全为前者，而在后者进行局部扩展。这就产生了一个“局部单色”近似（LMA），我们比较精确的光谱非线性康普顿散射和非线性Breit-Wheeler对生产，现实的激光脉冲持续时间。我们表明，作为常用的“局部恒定场”近似的改进，LMA准确地再现了正确的低能量行为的粒子谱，以及谐波特征的位置和幅度。
2020-12-16 hep-ph physics.optics physics.plasm-ph
Creating pair plasmas with observable collective effects
本文探讨了利用高能电子束与强激光脉冲对撞产生高密度电子对等离子体以观测集体效应，并确定了实现可观测QED等离子体的最小参数。
2024-02-12 physics.plasm-ph
Relativistically transparent magnetic filaments: scaling laws, initial results and prospects for strong-field QED studies
相对论透明性使体积激光与过密等离子体相互作用和直接激光加速电子到相对论速度成为可能。密集的电子流产生磁场强度为激光振幅（$>$ 10 $^5$ T）量级的磁丝。磁丝径向地捕获电子，使得能够通过丝中的电子振荡将激光能量有效地加速和转换成MeV光子。微结构目标的使用稳定了与相对论透明相互作用相关的软管不稳定性，从而导致这种现象的鲁棒性和可重复性。解析标度律推导来描述辐射的光子光谱和能量从磁丝现象的激光强度，焦点半径，脉冲持续时间，和等离子体密度。这些比例尺的法律相比，3-D粒子在细胞（PIC）模拟，证明协议的焦点半径超过两个制度。在德克萨斯拍瓦激光器上进行了研究中等强度（$a_0 \sim 30$）下这种现象的初步实验。磁丝现象的实验签名中观察到的电子和光子光谱记录在这些实验的一个子集，这是一致的实验设计，分析缩放和3-D PIC模拟。未来的实验活动的影响进行了讨论。
2021-06-04 physics.plasm-ph
Quantum Reflection above the Classical Radiation-reaction Barrier in the QED Regime
超强激光脉冲与高能电子束的碰撞不仅是产生高亮度γ射线的重要来源，也是在奇异强场QED体系中探索新物理的有力途径。在交叉碰撞几何中，当辐射-反应（RR）力由经典的Landau-Lifshitz方程解释时，我们发现有一个独特的势垒，允许能量超过势垒的电子穿透，并阻止能量较低的电子穿透。而在量子电动力学的角度来看，电子可以很好地反射（传输）的制度，其中完全传输（反射）是经典允许的。反射（透射）由辐射的量子性质保证，但被经典描述禁止。这种效应伴随着散射电子角分布的模糊，并且对于$2\times10^{23}\ \mathrm{W/cm^2}$的激光强度和$\sim 10^2\ \mathrm{MeV}$的电子能量变得重要;因此可以在即将到来的10- 100 PW激光设施中测量。通过探测高能电子束碰撞后的反射率并解析其角分布，结果能够区分强场区经典方法和QED方法的界限，并验证描述基本过程的各种模型。
2018-11-16 physics.plasm-ph
Nonlinear collisional absorption of laser light in dense, strongly coupled plasmas
本文提出了一种新的理论方法来研究稠密等离子体中激光能量的碰撞吸收，它可以适应任意频率和高强度的激光场。建立了逆韧致辐射对激光的吸收与阻止本领之间的联系。这种关系，然后适用于包括强相关性超出了平均场的方法。结果表明，与分子动力学模拟非常高的耦合强度的协议。
2009-01-30 physics.plasm-ph
Light-Matter Interaction Near the Schwinger Limit Using Tightly Focused Doppler-Boosted Lasers
通过将等离子体反射镜反射的光聚焦到其衍射极限，可以接近施温格极限。我们用数值方法来研究这种强光与物质之间的相互作用。我们发现，与相对论反传播电子束的相互作用将使探索的强场量子电动力学（SF-QED）的完全非微扰制度，而与初始固体目标的相互作用导致大量的SF-QED效果，反作用于激光等离子体相互作用。在这两种情况下，我们观察到形成相对论阿秒电子-正电子喷流具有非常高的密度。
2023-03-30 physics.plasm-ph
Diagnostic Techniques for Particle-in-Cell Simulations of Laser-produced Gamma-rays in the Strong-field QED Regime
利用粒子模拟方法研究了高功率激光脉冲与致密等离子体靶相互作用产生的多MeV（$γ$ -ray）光子的发射。提出了一套新的诊断技术，并应用于强场和超相对论电子的分析。这种方法阐明了负责有效的激光到$γ$能量转换的主要过程，包括非线性康普顿散射和磁韧致辐射，并提供了在微观水平上的相互作用的清晰图像。我们确定区域的高光子能量密度的等离子体目标，并获得高达30%的能量转换效率。的相互作用的基本特征进行了验证与全三维模拟。
2021-07-01 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Collimated QED Cascades with Curved Plasma Mirror
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM), Chinese Academy of Sciences (CAS)（中国科学院上海光学精密机械研究所）；Institute for Applied Physics of Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院应用物理研究所）
利用曲率等离子体镜反射单个超高强度激光脉冲，实现高效率、高聚焦的QED级联，生成可控的物质-反物质等离子体。
2025-08-01 physics.optics physics.plasm-ph
Probing Strong-Field QED via Angle-Discriminated Emissions from Electrons Traversing Colliding Laser Pulses
提出电子穿越两或四个垂直紧聚焦对撞激光脉冲束腰的对撞构型，利用短相互作用长度和偏转角与场强的关联实现高 $χ$ QED 信号鉴别，四圆偏振脉冲可在全聚焦区形成螺旋运动并获得近完美角度鉴别与高信噪比。
2025-06-10 physics.optics physics.plasm-ph
Effect of laser polarization on QED cascading
用三维PIC-MC程序数值模拟了圆极化和线极化电磁波驻波场中的QED级联发展。它表明，对于相同的激光能量，在圆偏振场中产生的粒子的数量大于在线偏振场，虽然在后一种情况下，每个粒子的获取平均能量更大。激光辅助QED级联的定性模型进行了扩展，包括场的偏振效应。事实证明，级联动力学在线性极化场的情况下明显更加复杂，其中分离成性质不同的“电”和“磁”区域（其中电场强于磁场，反之亦然）变得至关重要。在“电”区，加速被抑制，而且高能电子甚至被光子发射冷却。“电”和“磁”区域的体积随时间周期性地演变，级联增长率也是如此。与线极化相反，即使在“磁”区，圆极化波也能加速带电粒子。对于圆极化，“电”区和“磁”区不随时间演化，级联增长率几乎不依赖于时间。
2013-10-15 hep-ph physics.plasm-ph
SRS-SBS competition and nonlinear laser energy absorption in a high temperature plasma
激光在等离子体电晕中的受激喇曼散射和布里渊散射是惯性约束聚变研究中的突出问题。受激拉曼散射可在等离子体四分之一临界密度附近产生激光能量的显著部分的吸收，所述等离子体四分之一临界密度与等离子体空化和热电子的产生相关。相比之下，受激布里渊散射在低密度等离子体中工作，并阻止激光进入吸收区。在本文中，我们报告的结果分析这两个参数的不稳定性的竞争与一系列的一维动力学模拟的激光等离子体相互作用。通过改变等离子体参数如离子声波阻尼、等离子体膨胀速度的发散或激光带宽来控制布里渊散射，我们证明了在热的弱碰撞等离子体中控制非线性激光吸收和散射水平的可能性。
2021-04-30 physics.plasm-ph
Radiation Reaction in High-Intensity Fields
在P. A. M.狄拉克在1938年提出的辐射反应模型中，许多作者都试图重新表述这种所谓的辐射反应。最近，这种效应在超强激光-电子（等离子体）相互作用中变得重要。在我们最近的研究中，我们发现了利用QED真空涨落稳定辐射反应的方法[PTEP 2014，043 A01（2014），PTEP 2015，023 A01（2015）]。另一方面，当激光强度高于1022 W/cm 2时，应考虑高强度入射激光场对辐射场的修改，这可以通过下一代超短脉冲10 PW激光器来实现，例如正在建设的ELI-NP设施。本文在Dirac模型的基础上，提出了用运行电荷-质量方法来描述高强度外场作用下的QED同步辐射，并利用QED真空涨落来稳定QED真空涨落。
2015-08-26 physics.plasm-ph
Absorption of Ultrashort Laser Pulses in Strongly Overdense Targets
报道了亚10 fs高对比度Ti：Sa激光脉冲入射固体靶的首次吸收实验。激光脉冲的非常好的对比度确保了非常小的预等离子体的形成，并且脉冲与接近固体密度的物质相互作用。实验结果表明，在80 °入射角下，p偏振激光脉冲被吸收达80%。PSC PIC程序的模拟结果清楚地证实了观测结果，并表明无碰撞吸收在陡峭的密度剖面中有效地工作。
2008-06-25 physics.plasm-ph
Laser Absorption Measurements of Electron Density in Nanosecond-ScaleAtmospheric Pressure Pulsed Plasmas
我们报告的时间分辨测量电子数密度的连续波激光吸收在低能量纳秒级激光产生的火花在大气压空气。激光吸收是自由-自由和束缚-自由电子激发的结果，吸收系数使用电子温度和探测激光吸收路径长度的时间变化的估计来建模和评估。等离子体电子数密度被确定为高达$n_\text{e}=7\times10^{19}$ cm $^{-3}$，并且在使用20 mJ、10 ns脉冲宽度倍频Nd：YAG激光器形成等离子体之后的约50 ns的时间段内衰减到其峰值的$1/e$。在稍后的时间所测量的等离子体密度被证明是在合理的协议与斯塔克展宽测量的3s[ $^5S{^o}$ ]-3p[ $^5P$ ]在777 nm处的原子氧的电子跃迁。这项研究提供了支持使用这样的连续波激光吸收的时间分辨的电子密度测量在低能量火花放电在空气中，提供了一个估计的电子温度和激光路径长度可以由伴随的诊断。
2021-02-26 physics.plasm-ph
A Fully Spin and Polarization Resolved Strong Field QED Algorithm for Particle-in-Cell Codes
针对超强激光等离子体相互作用中的非线性相对论量子现象，本文在OSIRIS框架中开发并验证了纳入自旋和偏振分辨QED过程的QED-PIC扩展，以推进相关现象研究。
2025-11-12 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Testing strong-field QED with the avalanche precursor
本研究通过3D粒子模拟探讨了50拍瓦级NSF OPAL激光装置在真实参数下触发QED雪崩前驱的潜力，证明三种靶材均可高效注入种子电子并产生强正电子与高能光子信号，为强场QED实验设计提供了重要依据。
2025-09-17 hep-ph physics.plasm-ph
Resonance absorption of a broadband laser pulse
宽带红外线通过抑制激光等离子体不稳定性，有可能彻底改变惯性约束聚变（ICF）。然而，有一个折衷：宽带排除了向紫外线的高效转换，在紫外线处激光-等离子体相互作用较弱。在红外线操作可以加强共振吸收的作用，长期以来一直怀疑这是早期ICF实验的缺点。在这里，我们提出了模拟探索带宽对共振吸收的影响。在线性区，带宽对共振吸收的影响很小;在非线性区，带宽抑制了电磁衰减不稳定性引起的吸收增强。这些结果表明，无论带宽，ICF内爆将面临至少线性水平的共振吸收。
2018-09-28 physics.plasm-ph
Effects of laser wavelength and density scalelength on absorption of ultrashort intense lasers on solid-density targets
本文从激光波长不同的角度重新研究了强激光脉冲与过密等离子体相互作用过程中的热电子温度和电子能谱。在与具有固定离子的过密等离子体的相互作用中，通过粒子模拟测量的热电子温度由$I$而不是$I λ^2$缩放，其中$I$和$λ$分别是激光强度和波长。
2004-10-23 physics.plasm-ph
