Identifying the source of super-high energetic electrons in the presence of pre-plasma in laser-matter interaction at relativistic intensities
在一维平板近似下，采用粒子模拟方法研究了相对论强度激光与物质相互作用中预等离子体对超高能电子产生的影响。研究了$1\ μ\text{m}$、$5\ μ\text{m}$、$10\ μ\text{m}$和$15\ μ\text{m}$的不同前等离子体尺度长度，发现随着前等离子体尺度长度的增加，电子的粒子数和截止动能都增加，截止动能大大超过相应的激光有质动力能.提出了一个两阶段的电子加速模型来解释基本物理。第一阶段是纵向电场和激光脉冲的协同加速，其加速效率取决于等离子体尺度长度。这些在第一阶段预加速的电子可以建立一个强烈的静电势垒，其最大值是初始电子动能的几倍。部分高能电子在静电势垒的反射作用下被进一步加速，最终的动能明显高于第一阶段的预加速值。
2015-12-23 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Theory of Light Sail Acceleration by Intense Lasers: an Overview
本文简要介绍了超强激光辐射压力驱动的薄箔加速理论。给出了强度在$5 \times 10^{20} \mbox{W cm}^{-2}$附近的辐射压优势的一个简单判据，并讨论了在相对论区域快速获得能量的可能性。
2014-03-25 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
Radiation Pressure Acceleration by Ultraintense Laser Pulses
高强度激光脉冲与固体靶相互作用产生的短脉冲、多MeV离子束的未来应用将需要在转换效率、峰值离子能量、束单色性和准直性方面进行改进。基于辐射压力加速（RPA）的方案可能是在辐射强度下的主导方案，并且最适合于特定应用。由于快速电子产生的抑制，使用圆偏振（CP）脉冲的当前强度已经可以达到该制度，使得RPA在任何强度下都主导鞘加速。我们提出了一个简短的回顾，以前的工作RPA与CP脉冲和一些最近的结果。在一维参数的研究，以确定RPA的最佳厚度的箔目标，并研究短scalelength预等离子体的效果。三维模拟显示了“平顶”径向强度分布对尽量减少薄目标的稀疏和解决角动量守恒和吸收问题的重要性。
2008-08-06 physics.comp-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
Enhancing laser-driven proton acceleration by using micro-pillar arrays at high drive energy
微米和纳米结构靶表面与高功率激光脉冲的相互作用因其前所未有的吸收效率而受到广泛研究。我们研制了用于激光驱动质子加速实验的垂直排列金属微柱阵列。我们表明，这样的目标有助于加强相互作用机制时，照射强度$\sim$ $10^{17-18}$ W/cm $^2$的高能量级激光脉冲。与标准的平面靶相比，我们见证了强烈增强的热电子产生和质子加速的最大能量和粒子数。支持我们的实验结果，二维粒子细胞模拟表明，增加激光能量转换成热电子，导致更强的加速场。这为激光驱动离子加速系统的进一步改进打开了机会之窗。
2017-09-19 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Microengineering laser plasma interactions at relativistic intensities
我们报告的第一个成功的原理验证实验，操纵激光物质的相互作用在微尺度上使用高度有序的硅微丝阵列。高对比度短脉冲激光通过周期性硅微丝与平面靶的相互作用产生了所产生的电子束的总能量和截止能量的大幅增强。自生的电场和磁场表现为电磁透镜，当电子通过直接激光加速（DLA）获得相对论能量时，电磁透镜将电子限制和引导在微丝之间。
2015-09-16 physics.plasm-ph
Generation of stable ultra-relativistic attosecond electron bunches via the laser wakefield acceleration mechanism
在最近的实验中，利用激光尾场加速器（LWFA）在不同的区域产生了超相对论飞秒电子聚束。在这里，我们预测，即使阿秒聚束可以产生的LWFA由于快速感应加速器相位混合内的飞秒电子聚束。阿秒束团在LWFA外是稳定的，可以在真空中传播几十厘米而持续时间没有明显变化。我们的计算表明，阿秒聚束的形成的证据可以发现在相干感应加速器辐射的光谱从LWFA的。
2009-06-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Collisionless shock acceleration of quasi-monoenergetic ions in ultra-relativistic regime
采用粒子模拟方法，在考虑辐射反作用力和电子对产生的情况下，研究了超相对论激光与等离子体相互作用中碳离子（C $^{6+}$）的无碰撞激波加速.辐射反作用力和对等离子体的形成都倾向于减慢冲击速度，减少加速离子的能量，尽管延长了加速过程的时间尺度。平板等离子体靶实现了较低的能量扩散，而具有定制密度分布的靶产生较高的离子加速能量。
2019-03-25 physics.plasm-ph
Ultrashort PW laser pulse interaction with target and ion acceleration
给出了飞秒激光与固体相互作用加速离子的实验结果，并探讨了提高离子能量的方法。研究了以几乎未探索过的强度范围（8 × 10^19 W/cm ^2 - 1 × 10^21 W/cm ^2）辐照微米厚（0.2 - 6.0微米）铝箔，导致离子沿靶后表面和前表面法线方向加速的情况。在优化的激光强度条件下（通过改变激光能量或焦斑尺寸）获得的质子和碳离子的最大能量表现出沿后表面靶法线方向的快速强度缩放为I^0.8，沿前表面靶法线方向的快速强度缩放为I^0.6。发现质子能量与激光能量成比例的速度比与激光焦斑尺寸成比例的速度快得多。此外，沿两个方向的最大离子能量的比例被发现是恒定的靶厚度和激光强度的宽范围。在相对低的激光强度下，质子通量在向前的方向上占主导地位。增加激光强度的结果在向后质子通量的逐渐增加，并导致在整个能量范围内的两个方向上的离子通量几乎相等。这些实验结果可能会打开新的应用前景。
2018-03-20 physics.plasm-ph
Nonlinear laser driven donut wakefields for positron and electron acceleration
我们通过分析和三维粒子模拟表明，拉盖尔-高斯激光脉冲驱动的非线性尾场可以导致空心电子自注入和正电子加速。我们发现，高阶激光可以驱动甜甜圈形状的井喷尾场与强大的正电子加速梯度相媲美的球形气泡。相应的正电子聚焦力可以比球形气泡中的电子聚焦力强一个数量级以上。所需的激光强度和能量，以达到非线性甜甜圈形状的井喷是在国家的最先进的实验条件。
2014-04-15 physics.plasm-ph
Synchronized ion acceleration by ultraintense slow light
本文提出了一种有效的同步激光触发离子加速方案和相应的理论模型，用于研究相对论强度的慢光脉冲穿透近临界密度等离子体后，在靶内传播过程中，其群速度大大减慢并随之增大。三维PIC模拟证实了这一概念的质子加速飞秒拍瓦级激光脉冲经历相对论自聚焦，量化所产生的质子的特性，并证明了显着增加的能量相比，从优化的固体致密箔产生的质子能量。
2015-10-12 physics.plasm-ph
Cascaded acceleration of proton beams in ultrashort laser-irradiated microtubes
提出了一种利用超短激光辐照微管的级联离子加速方案。当强激光脉冲将微管中的电子吹走时，在微管中沿轴向和径向都形成了强的电荷分离电场。通过控制激光脉冲与沿微管轴向注入的预加速质子束之间的时间延迟，我们证明了在激光辐照的微管中，瞬时轴向电场可以进一步加速质子束。此外，注入质子束的准直性可以通过向内的径向电场来增强。数值模拟表明，这种级联离子加速方案即使在非相对论激光强度下也能有效地工作，并且可以应用于能量范围为1 ~ 100 MeV的注入质子束。因此，它特别适合于级联加速质子到更高的能量。
2017-10-07 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Comoving acceleration of overdense electron-positron plasma by colliding ultra-intense laser pulses
本文介绍了用粒子模拟方法（PIC）对电子-正电子等离子体（e+e-）在同向电磁脉冲作用下的持续加速过程的模拟结果。用线偏振超短激光脉冲从两侧照射过密e ~+e ~-等离子体薄板时，当等离子体被压缩到小于~ 2相对论趋肤深度时，脉冲被透射。一小部分等离子体然后被捕获，并有效地加速自诱导JxB力。对于1微米激光和1021 Wcm-2的强度，最大能量在皮秒内超过GeV。
2006-03-17 physics.plasm-ph
Stable laser-driven proton beam acceleration from a two-specie ultra-thin foil
通过使用多维粒子模拟，我们提出了一个新的政权的稳定质子束加速时发生的两种形状的箔被照射的圆偏振激光脉冲。据观察，由于电荷质量比的差异，较轻的质子几乎瞬间从较重的碳离子中分离出来。重离子层在空间中广泛膨胀，并起到缓冲质子层的作用，使其不受瑞利-泰勒（RT）不稳定性的影响，否则会降低质子束的加速。一个简单的三界面模型，制定定性地解释了稳定的轻离子加速。由于不存在类RT不稳定性，即使在激光-箔相互作用结束后，所产生的高质量单能质子束团也能很好地保持。
2010-06-24 physics.acc-ph physics.med-ph physics.plasm-ph
Laser acceleration of highly energetic carbon ions using a double-layer target composed of slightly underdense plasma and ultrathin foil
我们报告的实验产生高能量的碳离子高达48兆电子伏每核子的拍摄双层靶组成的良好控制的轻微欠密等离子体（ESTA）和ESTA箔与超强飞秒激光脉冲。粒子模拟结果表明，由于箔片前面的屏蔽层的存在，碳离子在屏蔽层中依次经历辐射压加速和长时间鞘场加速。这种加速方案特别适用于飞秒激光脉冲对重离子的加速。在高重复频率下，重离子能量突破数十MeV/u将能够引发核物理、能量密度物理和医学物理的重大进展。
2018-01-31 physics.plasm-ph
Simulations of stable compact proton beam acceleration from a two-ion-species ultrathin foil
我们报告了稳定的激光驱动质子束加速从两个离子物种组成的碳箔：较重的碳离子和较轻的质子。多维粒子模拟结果表明，辐射压力导致了物种的快速和完全的空间分离。激光脉冲不穿透碳离子层，避免了质子类瑞利-泰勒（RT）不稳定性。最终，碳离子被加热并在太空中广泛传播。相比之下，质子总是骑在碳离子云的前面，形成一个紧凑的高质量束。我们引入一个简单的三界面模型来解释质子层中的不稳定性抑制。该模型得到了各种化合物箔（如碳氘（C-D）和碳氚（C-T）箔）模拟的支持。研究了碳离子的电荷状态对质子加速的影响。结果表明，随着碳离子电荷态的降低，类RT不稳定性和库仑爆炸都使质子能谱降低。最后，进行全三维模拟，以证明稳定的两个离子物种制度的鲁棒性。
2011-03-13 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Scaling Laws of Ion Acceleration in Ultrathin Foils Driven by Laser Radiation Pressure
通过理论分析和二维粒子模拟，研究了强激光脉冲辐射压力驱动下超薄薄膜中离子加速的标度律。考虑到激光等离子体相互作用过程中不可避免的不稳定性，离子的最大能量应该有两个贡献：辐射压力驱动的体加速和热电子在运动箔参考中引起的鞘层加速。提出了一个理论模型，定量解释了在大范围的激光和靶参数下，模拟和实验观察到的截止能量和能量扩展大于“光帆”模型预测的结果。由该模型推导出的标度律得到了实验的验证，并得到了模拟结果的支持。
2018-09-17 physics.plasm-ph
Efficient ion acceleration by collective laser-driven electron dynamics with ultra-thin foil targets
本文介绍了用具有超高对比度和线性偏振的激光脉冲辐照超薄类金刚石碳（DLC）薄膜（厚度远低于趋肤深度）进行离子加速的实验。质子和碳离子的最大能量分别为13MeV和71MeV，转换效率> 10%。二维粒子模拟结果表明，当靶对入射激光脉冲透明时，离子能量的增加主要归因于箔电子的集体运动，而不是热运动。
2009-09-12 physics.plasm-ph
Extremely intense laser-based electron acceleration in a plasma channel
极强激光脉冲（$I>10^{22}~ \mathrm{W/cm^2}$）即将在实验室中使用。这种激光的预脉冲可以引起等离子体膨胀，在近临界气体射流中产生低密度通道。我们提出了一个通道的形成和随后的直接激光加速电子内的预形成的通道的研究。辐射反应以几种方式影响加速度。它首先干扰回流在通道壁上的运动。此外，它降低了横向有质动力的径向排出效率，导致在通道轴附近的粒子的辐射捕获。然后这些粒子与峰值激光强度相互作用，可以获得多GeV的能量。
2019-02-12 physics.plasm-ph
Quantum regime of laser-matter interactions at extreme intensities
给出了极端强度下激光与物质相互作用的物理参数和各种机制的阶梯的调查。特别强调了三个选定的主题：（i）定性推导的基本过程的概率率的标度;（ii）自我维持级联（这可能会占主导地位的强度水平，可达到与下一代激光设施）;和（iii）打破的可能性强场量子电动力学方法的超相对论电子和高能光子在一定的强度水平。
2016-12-06 physics.optics physics.plasm-ph
Modeling the interaction of an ultra-high intensity laser pulse with nano-layered flat-top cone targets for ion acceleration
我们提出了新的纳米分层平顶锥目标，用于未来的激光离子加速实验在ELI-NP。我们通过粒子模拟研究了它们在与超高强度激光脉冲相互作用时的行为。我们对电磁场进行了时空分析，基于时域有限差分法进行了补充描述。我们找到了最佳直径的纳米球和适当的纳米平顶箔的厚度，可以获得单能束的非常有活力的离子与低角发散。
2018-11-20 physics.plasm-ph
Radiation pressure acceleration of high-quality ion beams using ultrashort laser pulses
产生紧凑的高能离子束是强激光与物质相互作用最有前途的应用之一，但束流光谱质量的控制仍然是一个突出的挑战。我们表明，在辐射压力加速薄的固体目标的电子加热的发病是由在前表面的瑞利-泰勒样不稳定性的增长，必须加以控制，以产生高光谱质量的光帆制度的离子束。的不稳定性的增长率施加的激光脉冲的持续时间和强度的上限，以实现高光谱光束质量，我们证明，在此最佳制度下，每个核子的最大峰值离子束能量是独立的目标密度，成分，和激光能量（横向光斑尺寸）。我们的预测验证了二维和三维粒子细胞模拟，这表明，最近和即将到来的实验设施，使用超短（$\lesssim 25$ fs）激光脉冲，它是可能的生产$100 - 300$兆电子伏的质子束与$\sim 30\%$能量扩散和高的激光到质子的能量转换效率。
2022-06-17 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Acceleration of protons to high energies by an ultra-intense femtosecond laser pulse
该论文报告了质子束加速的二维粒子模拟结果，其中质子束加速是在130 fs激光脉冲与薄碳氢化合物（CH）靶的相互作用下进行的，该激光脉冲的强度范围为10^21-10^23 W/cm ^2，预计用于欧洲目前建造的极光基础设施（ELI）激光器。着重研究了激光脉冲强度和偏振态（线性LP、圆形CP）以及靶厚度对质子能谱、质子束空间分布、质子脉冲形状和强度的影响。结果表明，对于最高的超相对论强度（10^23 W/cm ^2），激光偏振对质子束参数的影响相对较弱，对于两种偏振，从0.1微米CH靶产生的准单能质子束的平均质子能量约为2 GeV，LP的dE/E=0.3，CP的dE/E=0.2。在离被照射靶很近的地方（小于50微米），质子脉冲非常短（小于20 fs），质子束强度达到极高的值，超过10^21 W/cm ^2，这比传统加速器所能达到的要高得多。这种质子束可以为高能量密度物理学和核物理学的新研究领域打开大门，也可以证明在材料研究中的应用是有用的，例如作为高分辨率质子射线照相术的工具。
2017-07-29 physics.plasm-ph
Backward-Propagating MeV Electrons in Ultra-Intense Laser Interactions: Standing Wave Acceleration and Coupling to the Reflected Laser Pulse
在空军研究实验室的一项实验中，由聚焦在连续水射流上的强（$\sim10^{18}$ W/cm $^2$）、$\sim$ 40 fs激光脉冲的{ \it反射}以kHz重复率产生激光加速电子束。本文采用粒子模拟方法研究了激光-靶相互作用过程中电子加速的物理机制。我们发现由入射和反射激光的重叠产生的驻波图案是特别重要的，因为这种驻波可以将电子“注入”到反射激光脉冲中，在那里电子被进一步加速。我们确定了两个制度的驻波加速：一个高度相对论的情况下（$a_0~\geq~1$），和一个适度的相对论的情况下（$a_0~\sim~0.5$），其操作在一个较大的分数的激光周期。在以前的研究中，其他小组已经研究了高度相对论性的情况，因为它在向前发射电子方面很有用。我们通过调查电子加速在{ \it镜面（背反射）方向}和在很宽的范围内的强度（$10^{17}-10^{19}$ W cm $^{-2}$）。
2015-01-22 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Enhanced Proton Acceleration by an Ultrashort Laser Interaction with Structured Dynamic Plasma Targets
我们的实验表明，相对温和的超短激光脉冲和结构化的动态等离子体靶的质子到高能量的显着增强的加速。通过在蓝宝石衬底上特殊沉积雪靶并使用精心设计的预脉冲，从5TW激光器中检测到在窄立体角中发射的能量超过21MeV的高质子产额。我们的模拟预测，使用所提出的方案质子可以加速到150兆电子伏以上的能量由100太瓦激光系统。
2013-02-28 physics.plasm-ph
Picosecond-petawatt laser-block ignition of avalanche boron fusion by ultrahigh acceleration and ultrahigh magnetic fields
氢（质子）与硼同位素11（HB 11）反应产生的聚变能量产生三个稳定的氦核，与DT聚变相比没有核辐射问题。但是，由纳秒激光脉冲驱动的HB 11反应具有热压缩和激光点燃是极其困难的。当用皮秒激光脉冲照射产生具有100倍加速的非热等离子体块点火时，这一点发生了根本性的变化。这使用非线性（有质动力）力，即使在二元反应的悲观假设下，也令人惊讶地产生与DT融合相同的阈值。在评估了由千特斯拉磁场捕获的圆柱形反应之后，并使用测量到的高度增加的HB 11聚变增益来证明次级反应中三个α的雪崩，得出了以具有竞争力的成本获得绝对清洁能源的可能性的结论。
2015-10-26 physics.plasm-ph
Towards radiation pressure acceleration of protons using linearly polarized ultrashort petawatt laser pulses
利用超强超短激光脉冲加速粒子是相对论激光等离子体研究中最具吸引力的课题之一。我们报告质子/离子加速的强度范围为5x 1019 W/cm 2至3.3x1020 W/cm 2的线性偏振，30 fs，1 PW的激光脉冲照射在10至100 nm厚的聚合物目标。研究了质子能量与强度和靶厚度的关系。实验首次证明，线性偏振光，从目标正常鞘加速到辐射压力加速的过渡，并显示出最大质子能量为45兆电子伏时，10纳米厚的目标是由3.3 × 1020 W/cm 2的激光强度照射。实验结果进一步支持二维和三维粒子细胞模拟。基于推导出的质子能量标度，具有~ 200 MeV能量的质子束在1.5 × 1021 W/cm 2的激光强度下应该是可行的。
2013-04-01 physics.plasm-ph
Characterization of 1- and 2-$μ$m-wavelength laser-produced microdroplet-tin plasma for generating extreme-ultraviolet light
Advanced Research Center for Nanolithography（先进纳米光刻研究中心）；Industrial Focus Group XUV Optics, MESA+ Institute for Nanotechnology, University of Twente（特温特大学MESA+纳米技术研究所XUV光学工业聚焦小组）；Department of Physics and Astronomy, and LaserLaB, Vrije Universiteit（自由大学物理与天文学系及LaserLaB实验室）；Zernike Institute for Advanced Materials, University of Groningen（格罗宁根大学泽尔尼克高级材料研究所）
在5.5- 25.5nm极紫外（EUV）波长范围内，研究了5 ns脉冲、2 m波长的$μ$ $μ$激光辐照锡微滴产生的等离子体的光谱特性。将发射光谱与在其他相同条件下在跨越约$0.3-5 \times 10^{11}$ Wcm $^{-2}$的激光强度范围内由1- $μ$ m波长Nd：YAG激光驱动的等离子体获得的发射光谱进行比较。在这个驱动激光强度范围内，我们发现当1- $μ$ m与2- $μ$ m激光强度之比固定为2.1（6）时，获得了类似的光谱和基础等离子体电荷态分布，这与RALEF-2D辐射流体动力学模拟结果非常一致。我们的实验结果，支持的模拟，表明一个近似成反比的缩放$\sim λ^{-1}$的相关等离子体电子密度，上述所需的驱动激光强度，与驱动激光波长$λ$。该缩放还延伸到光学深度，该光学深度在恒定激光强度下在跨越16-51 $μ$ m的液滴直径范围内的光谱中的观察到的变化中被捕获，该恒定激光强度使相对于总光谱能量的约13.5nm的2%带宽中的发射最大化，该带宽与EUV光刻相关。2- $μ$ m-相对于1- $μ$ m驱动的等离子体的光谱性能的显著改善为开发高功率、高能量近红外激光器提供了强大的动力，以使得能够开发更有效和更强大的EUV光源。
2020-12-28 physics.plasm-ph
Spin-polarized ${}^3$He shock waves from a solid-gas composite target at high laser intensities
针对 $a_0=100-200$ 的强激光脉冲，本文通过固体碳箔与氦靶复合结构的 2D-PIC 模拟，实现自旋极化 ${}^3$He 的无碰撞冲击波加速，并发现辐射反作用可提高束流电荷且基本保持极化度。
2023-12-04 physics.plasm-ph
Radiation Pressure Acceleration of Ion Beams Driven by Circularly Polarized Laser Pulses
我们目前的实验研究离子加速超薄类金刚石碳（DLC）箔照射的超高对比度激光脉冲能量为0.7 J，聚焦到峰值强度为5*10^{19} W/cm ^2。当激光偏振从线性变为圆形时，观察到电子加热的减少，导致在5.3 nm的最佳箔厚度处的完全电离的碳光谱中的显著峰。二维粒子模拟结果表明，这些C^{6+}离子第一次被激光辐射压力以相位稳定的方式加速。
2009-08-27 physics.plasm-ph
Radiation Reaction Effects on Radiation Pressure Acceleration
从理论上研究了辐射反应（RR）对超强激光脉冲加速薄等离子体箔的影响。一个简单的合适的近似的朗道-Lifshitz方程的RR力和一个新的蛙跳推其列入在细胞中的粒子模拟。对激光脉冲的线偏振和圆偏振进行了模拟和比较。据发现，在强度超过$10^{23} \Wcm$的辐射反作用力强烈影响的动态线性偏振激光脉冲，降低最大离子能量，但也光谱的宽度。相反，对于圆偏振激光脉冲，只要激光脉冲不穿透箔，就没有发现显著的效果。
2010-10-11 physics.plasm-ph
Nonlinear manifestations of photon acceleration in time-dependent metasurfaces: tunable broadband harmonics generation
依赖于时间的非线性介质，例如通过气体的激光电离产生的快速产生的等离子体，可以增加单个激光光子的能量并产生可调谐的高次谐波脉冲。这种现象被称为光子加速，传统上需要极端强度的激光脉冲和宏观传播长度。在这里，我们报告了一种新型的非线性材料$-$的半导体超颖表面$-$，表现出有效的光子加速在低强度。我们观察到一个签名的光子加速的非线性表现：三次谐波产生的近红外光子的可调谐频率达到$\approx3.1ω$。一个简单的时间相关的耦合模理论，发现是在良好的协议与实验结果，是用来预测一个新的路径，向非线性辐射源相结合的共振上转换与宽带操作。
2019-01-13 physics.optics physics.plasm-ph
Acceleration of ultra-thin electron layer. Analytical treatment compared with 1D-PIC simulation
在本文中，我们应用分析模型[V. V. Kulagin et al.，Phys. Plasmas 14，113101（2007）]来描述通过示意性单周期激光脉冲对超薄电子层的加速，并与一维粒子单元（1D-PIC）模拟进行比较。这是在创建一个相干后向散射的相对论镜的背景下，并补充了这EPJD卷中的两篇相关论文。该模型被证明是重现的1D-PIC结果几乎定量的几个激光周期足够的超短探测脉冲的后向散射的短时间。
2008-12-03 physics.optics physics.plasm-ph
Effects of hole-boring and relativistic transparency on particle acceleration in overdense plasma irradiated by short multi-PW laser pulses
采用包含辐射摩擦的完全相对论、实几何粒子模拟方法，研究了超短超强激光脉冲在半无限高密度氢等离子体中的传输特性。相对论透明和钻孔制度被发现是敏感的横向等离子体场，后向光反射，和激光脉冲偏转。对于接近$I\sim10^{24}$ W/cm $^2$的激光强度，质子的直接激光加速以及离子库仑爆炸导致它们注入激光脉冲前沿的压缩电子波的加速相。质子被加速到10-20 GeV，密度大约是临界密度的几倍。这种效应强烈依赖于初始密度和激光强度，随着初始密度的增加和激光强度的减小，这种效应消失。
2019-04-19 physics.plasm-ph
Ion acceleration by superintense laser-plasma interaction
利用超强激光脉冲驱动离子加速正吸引着越来越多的研究。动机可以在一些可预见的应用的潜力中找到，并且在研究新制度的角度中，只要可用的激光强度将增加。实验表明，在宽范围的激光和目标参数的产生多MeV的质子和离子束具有独特的属性，如超短的持续时间，高亮度和低发射度。本文综述了激光脉冲加速离子的研究现状，并对其发展前景进行了展望。我们描述了在实验中观察到的主要特点，所观察到的缩放与激光和等离子体参数和主要模型都用来解释实验数据，并提出新的研究方向。
2013-02-07 physics.plasm-ph
Effects of oblique incidence and colliding pulses on laser-driven proton acceleration from relativistically transparent ultrathin targets
固体薄膜的使用为加速激光-物质相互作用产生的质子提供了最佳条件。当靶足够薄以至于产生相对论性自诱导透明（RSIT）时，所有靶电子都被激光加热到高能量，这使加速电场最大化，从而使最终离子能量最大化。在这项工作中，我们首先研究了如何在透明CH $_2$固体箔的超强飞秒激光脉冲加速离子时，从正常转向倾斜（$45^\circ$）入射修改。由于较强的电子加热，我们发现，更高的质子能量可以获得斜入射，但在薄的最佳目标。然后，我们表明，质子加速可以进一步提高分裂成两个半脉冲的激光脉冲在相反的入射角聚焦。增加$\sim 30\,\%$的最大质子能量和$\sim 4$的高能量质子电荷的一个因素相比，一个单一的正常入射脉冲的参考情况。
2020-04-02 physics.plasm-ph
Particle-in-cell simulations of laser-plasma interactions at solid densities and relativistic intensities: the role of atomic processes
强激光与固体相互作用的直接研究仍然是一个巨大的挑战，因为许多耦合的物理机制，如直接激光加热，电离动力学，带电粒子之间的碰撞，静电或电磁不稳定性，仅举几例。在这里，我们提出了一个完整的粒子模拟（PIC）框架，这使我们能够计算激光固体相互作用的“第一性原理”的方式，几乎涵盖了“所有”的耦合物理机制。除了上述机制，数值自加热的PIC模拟，这通常出现在固体密度等离子体，也很好地控制所提出的“分层密度”方法。这种方法可以很容易地实现到国家的最先进的PIC码。特别是，在相对论强激光-固体相互作用中，在大尺度预形成等离子体的存在下，电子加热/加速的重新研究的PIC代码。结果表明，碰撞阻尼（即使它是非常弱的）可以显着影响电子加热/加速在前面的目标。此外，当固体被剧烈加热和电离时，韧致辐射将增强$2\sim3$倍。对于所考虑的情况下，其中激光强度为$10^{20}\ \text{W}/\text{cm}^2$和预等离子体在固体靶的前面的尺度长度为$10\ μ\text{m}$，碰撞阻尼耦合电离动力学和韧致辐射被示出降低“截止”电子能量由$25\%$。此外，欧姆加热产生的电阻性电磁场也起着不可忽略的作用，必须考虑到真实的激光-固体相互作用。
2017-03-15 physics.plasm-ph
Polarized proton acceleration in ultra-intense laser interaction with near critical density plasmas
采用三维粒子模拟方法研究了超强激光与靶相互作用中多GeV能量极化质子束的产生。考虑了质子加速的近临界密度等离子体靶，靶中含有预极化的质子和氚离子。预极化质子在注入前首先被激光辐射压力加速，然后在气泡状尾流场中进一步加速。通过T-BMT方程跟踪质子极化的时间动力学，发现质子极化状态可以被激光场和尾流场的磁分量改变。的质子加速和极化的离子种类的比率的依赖关系被确定，并且它被发现，质子可以被有效地加速，只要它们的相对分数是小于20%，在这种情况下，气泡的大小是足够大的质子，以获得足够的能量，以克服气泡注入阈值。
2021-03-26 physics.plasm-ph
Electron acceleration to ultrarelativistic energies in a collisionless oblique shock wave
本文用一维相对论电磁粒子模拟程序研究了斜激波中电子的运动。我们发现斜激波可以产生具有超相对论能量的电子，在我们的模拟中观察到了具有$γ\gto 100$的洛伦兹因子。讨论了反射和加速的物理机制，并估计了最大能量。如果电子反射发生在大振幅脉冲的末端附近，那么这些粒子将被捕获在脉冲中并获得大量能量。该理论预测，电子能量在某些传播角度下会变得特别高。这是通过模拟验证。
1999-06-08 physics.plasm-ph physics.space-ph
Enhancing proton acceleration by using composite targets
有效的激光离子加速需要高的激光强度，这只能通过紧密聚焦激光辐射来获得。在辐射压力加速制度中，其中紧密聚焦的激光驱动器导致出现最大可获得离子能量的基本极限，该极限对应于激光脉冲群速度以及与加速箔的横向膨胀和随后的箔透明度的发生有关的另一个极限。这些限制可以通过使用复合靶来放宽，复合靶由薄箔和接近临界密度的板组成。这样的目标提供引导的激光脉冲内的自生通道和背景电子，被雪犁的脉冲，补偿横向膨胀。与单个箔靶的情况相比，复合靶的使用导致最大离子能量的显著增加。
2015-06-28 physics.plasm-ph
Hole boring in a DT pellet and fast ion ignition with ultra-intense laser pulses
最近实现的高强度短激光脉冲在其应用于非均匀过密等离子体中的钻孔和预压缩DT聚变靶中的点火方面开辟了新的前景。一个简单的分析模型和数值模拟表明，强度超过1022 W/cm 2的脉冲可以深入穿透到等离子体中作为一个有效的有质动力加速的离子在向前的方向。高达数百微米的穿透深度取决于激光能量密度，其必须超过几十GJ/cm 2。在通道底部加速的快离子效率超过20%，具有很高的方向性，可以将预压缩的靶芯加热到聚变条件。
2009-03-22 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Photon acceleration of high-intensity vector vortex beams into the extreme ultraviolet
本文通过电子束驱动等离子体波中的光子加速，将光学矢量涡旋脉冲转换为高强度、波长可调的极紫外矢量涡旋脉冲，模拟显示强度提升至10^20 W/cm^2以上，具有亚飞秒持续时间和平坦波前，扩展了XUV光源的应用。
2024-11-06 physics.optics physics.plasm-ph
Proton Acceleration in Underdense Plasma by Ultraintense Laguerre-Gaussian Laser Pulse
采用三维粒子模拟方法研究了短脉冲强拉盖尔-高斯（LG）激光作用下低密度等离子体中见证质子的加速过程。在LG 10激光脉冲的驱动下，形成了一个轴上有电子柱的特殊气泡，在气泡中质子可以被横向聚焦场很好地限制，并被纵向尾流场加速。避免了在低密度等离子体中用高斯激光脉冲加速之前散射的风险，并且质子被稳定地加速到更高的能量。在模拟中，质子束在2.14 × 10 ~（22）W/cm ~ 2的LG ~（10）激光脉冲驱动下，在欠密氚等离子体中从1 GeV加速到7 GeV。
2014-07-24 physics.optics physics.plasm-ph
Laser-induced damage thresholds of ultrathin targets and their constrain on laser contrast in laser-driven ion acceleration experiments
在真空环境中，对不同类型的自支撑薄膜进行了单次激光损伤阈值（LIDT）测量，激光脉冲宽度为50 fs ~ 200 ps，脉冲宽度为800 nm。结果表明，薄膜的激光损伤阈值注量（DTFs）明显低于相应的块体材料。宽带隙介电靶（例如SiN和formvar）具有比电介质靶和导电靶大1-3个数量级的DTF，这取决于脉冲持续时间。研究了不同类型目标的毁伤机理。在此基础上，讨论了LIDT对激光对比度的限制。
2020-12-04 physics.plasm-ph
Spatiotemporal shaping of broadband helical light pulses at relativistic intensities
该研究首次在相对论强度下实验实现光弹簧，通过光谱分裂、螺旋相位印刻与相干重组，峰值强度超1.4×10^18 W/cm²，为激光OAM直接耦合等离子体OAM开辟新途径。
2025-08-08 physics.optics physics.plasm-ph
Ion acceleration in multispecies targets driven by intense laser radiation pressure
用250太瓦、亚皮秒的激光脉冲，聚焦在靶上，强度达到$3\times10^{20} \Wcm2$，研究了离子从超薄薄膜上的加速。离子谱显示质子和碳的窄带特征的出现在更高的能量（在5-10 MeV/核子范围内）和显着更高的通量比以前报道的峰值。光谱特征，以及它们与激光和目标参数的缩放，提供了光帆模式中辐射压力加速的多物种场景的证据，正如分析估计和二维粒子模拟所证实的那样。缩放表明，单能峰超过100兆电子伏/核子能量是可获得的目标和激光特性，这是在不断的技术发展范围内的适度改进。
2012-07-18 physics.plasm-ph
Generation of high-energy monoenergetic heavy ion beams by radiation pressure acceleration of ultra-intense laser pulses
通过自洽地考虑电离动力学，提出了一种新的重离子束在激光辐照靶箔时的辐射压加速（RPA）机制。在这种情况下，当高Z原子通过惰性气体构型连续电离时[例如将电子从类氦电荷态$(\text{Z}-2)^+$移到$(\text{Z}-1)^+$ ]，需要激光强度与大的电离能隙匹配。当激光翼区域的靶离子电离到低电荷态并由于不稳定性而经历快速色散时，在激光轴附近实现了高电荷重离子束的自组织、稳定RPA。研究还发现，电离产生的大量电子补充有助于保持稳定的加速度。二维粒子模拟结果表明，在强度为$7\times10^{20}\ \text{W}/\text{cm}^2$的激光作用下，可以得到峰值能量为$1\ \text{GeV}$，能量扩展为$5\%$的单能$\text{Al}^{13+}$光束.
2014-03-26 physics.plasm-ph
Direct acceleration of electrons by a CO$_{2}$ laser in a curved plasma waveguide
高对比度激光器和先进微纳结构制造技术的发展极大地促进了相对论强度下激光等离子体与微工程靶的相互作用。这为激光与物质相互作用的物理学开辟了新的可能性。在这里，我们提出了一种新的方法，利用高压CO $_{2}$激光器，激光波导相互作用，以及微工程等离子体结构的优点，以加速电子的峰值能量大于1 GeV，窄切片能量扩展（$\sim1\%$）和高的整体效率。对于1.3 TW CO $_{2}$激光系统，加速度梯度为26 GV/m。长电子束的微聚束导致产生持续时间大致等于半个激光周期的超短电子聚束链。这些结果开辟了一条道路，开发一个紧凑和经济的电子源，为不同的应用。
2016-03-09 physics.plasm-ph
Time-dependent energetic proton acceleration and scaling laws in ultra-intense laser pulses interactions with thin foils
提出了一个两相模型，即激光照射时等离子体为等温膨胀，激光照射结束后等离子体为绝热膨胀，用来预测超强激光与金属箔相互作用中产生的质子束的最大能量。该模型连续地考虑了超强激光与固体相互作用中的热电子回流，并用随时间变化的热电子密度来描述。考虑了电子再循环和横向扩散时电子密度的稀释效应。利用我们的模型，得到了离子最大能量的标度律，以及标度系数与激光强度、脉冲宽度和靶厚度的关系。结果表明：绝热膨胀是离子加速的一个不可忽视的重要过程;整个加速时间约为激光脉冲宽度的10-20倍;激光强度越大，离子最大能量对聚焦半径的变化越敏感等。
2008-12-03 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Towards manipulating relativistic laser pulses with 3D printed materials
强激光脉冲与固体密度物质的有效耦合对许多应用至关重要，包括用于癌症治疗的离子加速。在相对论强度，重点主要是研究各种激光束照射最初平坦的界面，很少或根本没有控制的相互作用。在这里，我们提出了一种新的方法，利用最新的进展，在3D直接激光写入（DLW）的材料和高对比度激光操纵激光物质的相互作用在微观尺度上。通过模拟，我们证明了可用强度>10^23Wcm^（-2）可以用当前的桌面激光器耦合到3D打印等离子体透镜来实现。我们表明，这些等离子体光学元件不仅作为一个透镜聚焦激光，但也作为一个电磁导向的次级粒子束。这些结果为在超相对论强度下设计光-物质相互作用开辟了新的途径。
2015-09-23 physics.plasm-ph
Radiation Pressure Acceleration of Thin Foils with Circularly Polarized Laser Pulses
本文描述了一种新的方法，即用10^20 W/cm ^2以上的强激光束对薄箔进行辐射压力加速。利用圆偏振光可以非常高的效率产生扩展到GeV能量的高单能质子束。质子束具有非常小的发散角（小于4度）。这种新方法允许构建具有超短粒子爆发的超紧凑质子和离子加速器。
2007-08-15 physics.plasm-ph
Advanced strategies for ion acceleration using high power lasers
简要介绍了激光等离子体加速离子的研究进展。重点是最近的一些实验结果和先进制度的相关理论工作。后者包括特别是目标正常鞘加速使用超短低能量脉冲和结构化的目标，厚和厚的目标的辐射压力加速，和无碰撞的冲击加速在中等密度等离子体。对于每一种方法，开放的问题和进一步发展的必要性和潜力进行了简要讨论。
2013-07-03 physics.plasm-ph
Nonlinear absorption of ultrapower laser radiation by relativistic underdense plasma
本文在低频近似下研究了欠密等离子体中电子受激韧致辐射对相对论强度激光辐射的非线性吸收。研究了相对论麦克斯韦等离子体在激光场渐近大值和电子温度较高时的非线性逆韧致辐射吸收系数。
2013-05-02 physics.atom-ph physics.plasm-ph
