Fast electron propagation in Ti foils irradiated with sub-picosecond laser pulses at $Iλ^{2} > 10^{18}$ Wcm$^{-2} μm^{2}$
本文通过测量裸钛箔和厚环氧涂层钛箔的硬X射线和K-α辐射，研究了快电子在激光辐照钛箔中的传播。关键的观测结果包括电子的强散射和箔中电子束的发散，以及磁场准直的证据。我们的诊断使我们能够估计快电子温度和激光能量转化为快电子的比例。我们已经观察到明显的差异，观察到与裸和环氧树脂背衬的目标，这可能是由于的影响的快速电子温度。
2014-03-31 physics.plasm-ph
Robust direct laser acceleration of electrons with flying-focus laser pulses
Tel Aviv University（特拉维夫大学）；University of Rochester（罗切斯特大学）；University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
针对高密度等离子体中直接激光加速受非线性传输效应干扰的问题，本研究采用超光速飞焦脉冲抑制该效应，经三维粒子模拟验证，其在高能电子产额、截止能量及X射线性能上均显著优于同能量强度的高斯脉冲，为激光-等离子体相互作用调控提供新途径。
2025-10-29 physics.plasm-ph
High Energy electron and proton acceleration by circularly polarized laser pulse from near critical density hydrogen gas target
本研究利用三维粒子模拟方法模拟了拍瓦级圆偏振短脉冲激光与近临界密度氢靶相互作用过程中的准单能电子和质子加速。数值计算表明，在先进的高功率激光装置（如ELI-ALPS）上，通过控制激光和靶参数的选择，高能电子和质子可以在实验中被显示出来。我们详细介绍了加速机制中涉及的微观物理学，这需要研究等离子体密度梯度、等离子体密度和靶厚度的作用。描述了自生等离子体电场和磁场对质子能量和密度分布的影响。我们数值研究了激光驱动质子加速，其中能量超过200 MeV的高能质子，电荷超过10 nC，转换效率超过6%（这意味着40 J入射激光能量中的2.4 J质子束）。此外，有趣的是，我们首次从模拟研究中展示了由圆偏振激光驱动的准单能环形电子束，这可能被证明对基于等离子体的X射线源和正电子束的准直有用。
2018-01-24 physics.plasm-ph
Enhanced Proton Acceleration via Petawatt Laguerre-Gaussian Lasers
本文提出利用单个拍瓦级拉盖尔-高斯激光照射平面靶实现准直质子加速，较高斯激光方案质子能量提升60%至35 MeV，为高重复率质子束应用提供新途径。
2025-01-22 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
Controlling intense, ultrashort, laser-driven relativistic mega-ampere electron fluxes by a modest, static magnetic field
本文实验证明0.1特斯拉静磁场即可引导30飞秒激光驱动的兆安电子束在钕靶中传播5毫米，通量密度提升近3倍，模拟预测可调谐近单色高能特征，对辐射源、激光聚变和实验室天体物理有重要价值。
2023-11-12 physics.plasm-ph
Laser-driven collimated tens-GeV monoenergetic protons from mass-limited target plus preformed channel
研究了超强激光脉冲辐照截面小于光斑尺寸的抛物型密度通道靶对质子的加速。靶将激光分成两个平行的传播部分，这两个部分沿着它们的路径对背面等离子体电子进行雪犁，从而在它们之间的间隙中产生两个相邻的平行尾流和强烈的返回电流。被捕获在尾流场中的辐射压力预加速的靶质子现在经受准静态尾流静电场和磁场的加速以及准直。粒子模拟结果表明，在9.8 *10^21 W/cm 2的圆偏振激光脉冲作用下，可以实现稳定的长距离加速，产生峰值能量> 10 GeV、发散角<2 °的30 fs单能离子束。
2011-12-08 physics.plasm-ph
Simple model of the slingshot effect
我们对最近提出的“弹弓效应”进行了详细的定量描述[Fiore，Fedele，De angelis 2014]。也就是说，我们确定了一个很宽的范围内的条件下，一个非常短的和强烈的激光脉冲的影响，正常的低密度等离子体（或被脉冲局部完全电离成等离子体的物质）导致在与脉冲的传播方向相反的方向上排出一束表面电子，并且排出的电子的详细的、准备好用于实验的特征（能谱、准直等）。这种效应是由于有质动力和电荷分离产生的巨大纵向场共同作用的结果。我们的预测是基于一个简单的，但强大的平面磁流体动力学（MHD）模型，其中要解决的方程被减少到一个系统的汉密尔顿方程在一维（或集合），成为自主脉冲后克服了电子的三维校正估计。实验性的测试似乎就在眼前。如果被后者证实，这种效应将为电子提供一种新的提取和加速机制，替代传统的基于射频或激光尾场的机制。
2016-08-30 physics.plasm-ph
Non-linear Breit-Wheeler process in short laser double-pulses
在QED框架下研究了探测光子穿越两个连续的短脉冲和超短脉冲（亚周期）产生的非线性（强场）Breit-Wheeler $e^+e^-$对.脉冲的时间形状和它们之间的距离对于作为出射电子（正电子）的方位角分布的函数的微分截面是必不可少的。所发现的明显的方位各向异性的影响是重要的子周期脉冲，并迅速减少的宽度增加的个人脉冲。
2018-07-12 hep-ph physics.plasm-ph
Magnetic field generation in plasma waves driven by co-propagating intense twisted lasers
提出了一种新的低密度等离子体中磁场产生机制，该机制是由两束不同频率和不同扭曲指数的拉盖尔-高斯（LG）轨道角动量（OAM）激光脉冲的拍频驱动的.由此产生的扭曲有质动力驱动电子等离子体波与螺旋旋转结构。二阶，有一个非线性的旋转电流，导致一个强烈的，静态的轴向磁场，它持续了很长一段时间后，激光脉冲通过等离子体（ps尺度）的发病。在三维粒子模拟和理论分析中证实了这一结果。对于持续时间为300 fs，峰值激光强度为3.8 × 10^17 W/cm ^2的情况，我们观察到高达0.4 MG的磁场。这种产生磁场的新方法可能在带电束准直和受控聚变中找到应用。
2018-10-01 physics.plasm-ph
Electron-positron pair production in oscillating electric fields with double-pulse structure
研究了在随时间振荡的强电场中真空中正负电子对的产生。假设该场由两个连续的脉冲组成，其间具有可变的时间延迟。通过数值求解相应的含时Dirac方程得到了对产生几率。考虑对称场配置包括两个相同的脉冲，我们表明，脉冲的距离强烈影响产生的粒子的动量谱，甚至总的生产概率。相反，在一个高度不对称的情况下，当该领域包含低强度的预脉冲和高强度的主脉冲，我们确定了一系列的字段参数，其中的预脉冲，尽管它的弱点可以留下可见的痕迹，在粒子光谱。
2019-03-07 hep-ph physics.plasm-ph
Attosecond electron bunch generation by an intense high-order harmonic pulse interacting with a thin target
Xinjiang University（新疆大学）；Beijing Normal University（北京师范大学）
该研究提出以激光-等离子体产生的高次谐波驱动薄靶，生成约100阿秒、高准直电子束团，并通过参数分析优化了激光强度与靶位置。
2025-09-29 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Laser Ion Acceleration Toward Future Ion Beam Cancer Therapy - Numerical Simulation Sudy-
离子束已被应用于癌症治疗，其独特的优越性在于将其主要能量沉积在人体内，从而使癌细胞被离子束杀死。然而，传统的离子加速器往往在其尺寸和成本方面是巨大的。本文提出了一种未来的强激光离子加速器，使离子加速器小型化。采用强飞秒脉冲激光加速离子。激光离子加速器中的问题包括激光到离子的能量效率、离子束准直、离子能谱控制、离子束聚束和离子粒子能量控制。在这项研究中，粒子计算机模拟来解决这些问题，每个组件的设计，以控制离子束质量。当强激光照射靶时，靶中的电子被加速离开靶，高能电子与靶离子之间暂时形成强电场，靶离子被加速。通过使用具有精细亚波长结构的固体靶或近临界密度气体等离子体，提高了从激光到离子的能量效率。离子束准直是通过固体靶后的小孔实现的。通过激光与靶的多级相互作用，成功地实现了对离子能谱和离子粒子能量的控制以及离子束的聚束。本研究提出了一个新的概念，为未来的紧凑型激光离子加速器，根据每个组件的研究，需要控制的离子束质量和参数。
2013-07-01 physics.plasm-ph
First Results from an Event Synchronized -- High Repetition Thomson Scattering System at Wendelstein 7-X
Wendelstein 7-X（W7-X）Thomson散射（TS）诊断仪进行了升级，可瞬时实现千赫兹采样率和可调测量时间。现有的Nd：YAG激光器用于重复发射“脉冲串”，即在短时间间隔内发射多个激光脉冲。在三个可用的激光器中适当地定时脉冲串，每个脉冲串最多可以进行12次均匀间隔的连续测量。脉冲群内的脉冲到脉冲增量可以从2 ms调谐到33.3 ms（500 kHz - 30 Hz）。此外，事件触发系统的开发同步的突发汤姆逊散射测量等离子体事件。示例性地，为了证明该方法的能力，提出了在低温H2丸粒注入之后的快速电子密度和温度演变的情况。
2019-08-13 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
Generation of Isolated Collimated Polarized $γ$-ray Beams via Spatiotemporal Optical Vortex Modulation
State Key Laboratory of Ultra-Intense Laser Science and Technology, 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）；Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学材料科学与光电技术学院）；Laboratory of Zhongyuan Light, School of Physics, Zhengzhou University（郑州大学物理学院中原之光实验室）；State Key Laboratory of Dark Matter Physics, Key Laboratory for Laser Plasmas (MoE), School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院激光等离子体教育部重点实验室暗物质物理国家重点实验室）
本研究提出用线偏振时空光学涡旋激光脉冲辐照固体箔的新方案，通过粒子模拟实现了孤立准直、高偏振的阿秒γ射线束，为相关物理领域提供了可行的光源方案。
2026-09-01 physics.plasm-ph
Highly collimated electron acceleration by longitudinal laser fields in a hollow-core target
由激光直接加速产生的电子束的显著角发散通常被认为是该机制的固有负面特征。然而，发散的出现主要是因为标准方法依赖于横向电子振荡及其与激光脉冲的横向电场的相互作用。我们提出了一种概念上不同的方法，直接激光加速，利用纵向激光电场，是目前在一个紧密聚焦的激光束。一个结构化的空心目标是用来增强纵向场，并保持他们在一个距离远大于瑞利长度通过引导激光脉冲。电子被横向激光电场注入通道，然后被脉冲向前加速，产生电子流。来自该电子群体的电场和磁场的力相互补偿，从而在没有强回复力的情况下产生有利的构型。我们使用二维粒子模拟的细胞，以证明一个低发散高能电子束的开口角小于5 $^\circ$，可以在这种配置中产生。大部分能量通过纵向激光电场转移到电子，并且给定足够的加速距离，可以在不牺牲准直的情况下实现超有质动力能量。
2018-07-21 physics.acc-ph physics.app-ph physics.plasm-ph
Over-critical sharp-gradient plasma slab produced by the collision of laser-induced blast-waves in a gas jet; Application to high-energy proton acceleration
在高重复频率下产生薄而高密度的等离子体板是超高强度激光应用的关键问题。我们提出了一个计划，以创建这样的等离子体板，基于两个反向传播的冲击波（BW）的气体射流的传播和碰撞。每个BW由纳秒激光束引起的突然和局部加热发射，该纳秒激光束沿着射流的侧面传播。由此产生的圆柱形BW垂直于光束扩展。激波阵面被气体射流密度梯度弯曲，将等离子体推向射流中心。通过使用两个平行的ns激光束，该方案能够独立地定制射流的两个相对侧，同时避免与反向传播激光束相关联的损坏风险。使用二维和三维流体动力学，以及动力学模拟进行参数研究。在停滞状态下结合碰撞的BW弯曲使密度增加超过10倍，并产生非常薄（低至几微米）的、接近过临界的等离子体板，其具有高密度对比度（> 100）和几百皮秒的寿命。采用二维粒子模拟方法研究了等离子体剪裁对高强度亚皮秒激光脉冲加速质子的影响。不仅在ps脉冲的入口侧而且在出口侧定制等离子体增强了质子束准直，显著增加了高能质子的数量以及它们的最大能量。
2020-09-30 physics.plasm-ph
Ion Acceleration in Laser Generated Mega Tesla Magnetic Vortex
近临界密度靶的磁涡旋加速（MVA）是激光驱动离子加速的一种很有前途的方案。3D粒子模拟被用来探索一个更广泛的激光靶参数空间比以前报道的文献中，以及研究激光脉冲耦合到目标，场的结构，和MVA计划中的加速离子束的属性。加速效率取决于激光能量与目标中自生通道的耦合。加速质子束表现出高水平的准直与消色差角发散，并携带大量的电荷。对于PW级激光器，这种加速制度提供了有利的缩放的最大离子能量与激光功率优化的相互作用参数。激光驱动的同轴等离子体结构在靶中产生的兆特斯拉级磁场是将质子加速到几百MeV能量的先决条件。
2019-04-05 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Optimization and stabilization of a kilohertz laser-plasma accelerator
最近已经表明，在千赫兹重复率的激光等离子体加速工作在两个不同的制度，与脉冲长度为30 fs或3.5 fs。我们现在报告的系统研究中，一个大范围的脉冲宽度和等离子体密度进行了研究，通过连续调谐的激光光谱带宽。事实上，可以区分两个LPA过程，其中具有5.4 pC电荷和峰值在2-2.5 MeV的光谱的最高质量的光束是用在中等等离子体密度中传播的短脉冲获得的。通过Particle-in-Cell模拟，这两种不同的加速过程得到了充分的解释。最后，我们继续展示我们的LPA加速器连续稳定运行5小时的结果，积累了超过$\mathrm{18\times10^6}$的连续发射，电荷为2.6 pC，峰值为2.5 MeV的光谱。通过PIC模拟对激光驱动器能量影响的参数研究强调，由于微尺度密度梯度注入，获得了这种前所未有的稳定性。总之，这些结果代表了一个重要的一步，稳定的激光等离子体加速电子束在千赫重复率。
2020-12-17 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Laser-driven pointed acceleration of electrons with preformed plasma lens
实验演示了飞秒激光在近临界等离子体板中产生多MeV电子束并利用预等离子体透镜实现高达10度偏转的定向加速，为无磁光学元件的多级加速与原位扫描提供了新途径。
2023-10-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High-energy polarized electron beams from the ionization of isolated spin polarized hydrogen atoms
提出一种基于激光电离孤立自旋极化氢原子制备高能极化电子的方法，利用紫外脉冲光解离HCl并空间分离极化原子，通过粒子模拟验证了其在特定密度和极化范围内的可行性。
2025-04-02 physics.acc-ph physics.atom-ph physics.chem-ph
Stable 50 MeV Beams from a 100 Hz Laser-Wakefield Accelerator Driven by an OPCPA Laser
Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie (IJCLab), UMR 9012（伊雷娜·约里奥-居里双无穷大物理实验室）；Laboratoire d’Optique Appliquée (LOA), CNRS, École polytechnique, ENSTA, Institut Polytechnique de Paris（应用光学实验室）；Department of Physics, Lund University（隆德大学物理系）；FTMC – Center for Physical Sciences and Technology（物理科学与技术中心）；Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心）
本研究利用OPCPA激光器驱动100 Hz激光尾场加速器，产生稳定准单能电子束，通过非线性自聚焦实现局域电离注入，为高平均功率加速器奠定基础。
2026-09-23 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Start-to-end modelling of laser-plasma acceleration, beam transport and dose deposition of very high-energy electrons for radiotherapy
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
本研究基于商用激光器OONA参数，通过模拟开展激光等离子体加速、束流输运到剂量沉积的端到端建模，验证了激光等离子体加速的甚高能电子束用于高精度放射治疗的可行性。
2025-08-28 physics.acc-ph physics.med-ph physics.plasm-ph
