Multiple colliding electromagnetic pulses: a way to lower the threshold of $e^+e^-$ pair production from vacuum
多脉冲同时聚焦在一个光斑上的方案自然源于计划中的新激光系统的结构特征，例如ELI和HiPER。结果表明，在足够强的电磁场作用下，多脉冲结构有利于观察真空中产生$e^+e^-$对。聚焦脉冲的场使用基于麦克斯韦方程组的精确解的现实的三维模型来描述。如果不是使用一个或甚至两个碰撞脉冲，而是使用聚焦在一个点上的多个脉冲，则就电磁场能量而言的$e^+e^-$对产生阈值可以显著降低。多脉冲相互作用的几何形状引起的聚焦区域的亚波长场的功能。这些特征导致产生极短的$e^+e^-$束。
2010-03-12 hep-ph physics.plasm-ph
Reactor for boron fusion with picosecond ultrahigh power laser pulses and ultrahigh magnetic field trapping
与氘氚聚变相比，质子与11B的环境清洁聚变是极其困难的。当用皮秒脉冲代替纳秒激光脉冲进行热烧蚀驱动点火时，非线性引起的剧烈变化导致等离子体块的加速。这从根本上改变了经济的硼聚变测量新的雪崩点火。
2015-11-05 physics.plasm-ph
Pair creation by collision of intense laser pulse with high-frequency photon beam
我们认为对创建一对夫妇的对向传播的电磁脉冲与任意频率比的碰撞，主要是在设置的上下文中与碰撞的光学和相干硬X-（或伽马）射线脉冲。这个问题是非微扰的，一般不承认精确的解析解。我们讨论了几个已知的方法，根据参数的比例。参数空间的某些区域未被现有近似或模型覆盖。我们提出了一个新的简化的精确可解模型，其中一个脉冲是Delta脉冲。该模型部分填补了参数空间中尚未探索的空白。讨论了在这种模型中产生的粒子的动量分布的形状。尽管该模型可能不会对即将进行的实验产生直接影响，但它仍然可以为更好地理解极强和极短激光脉冲QED相互作用中的完全非微扰区和真空不稳定性提供一些线索。
2013-10-27 hep-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
Towards the generation of petawatt near-infrared few-cycle light pulses via forward Raman amplification in plasma
针对红外波段缺乏合适增益介质导致难以实现极高功率光放大的问题，提出等离子体前向拉曼放大新方案，通过共传播泵浦与种子脉冲的群速度差异实现高效能量转移，经分析模型与模拟验证可将1.8μm种子脉冲强度放大10⁴倍并自压缩至近单周期，为拍瓦级少周期红外激光提供新途径。
2025-02-12 physics.optics physics.plasm-ph
Vacuum acceleration of electrons in a dynamic laser pulse
平面激光脉冲在真空中传播时会产生极大的有质动力。然而，这种力不能将净能量传递给电子：当脉冲超过电子时，来自其上升沿的初始脉冲完全被来自其后沿的相等且相反的脉冲所抵消。在这里，我们表明，平面状的“飞焦”脉冲可以打破这种对称性，赋予相对论能量的电子。飞行焦点的强度峰值--一个移动的焦点，由啁啾激光脉冲通过彩色透镜聚焦产生--可以以任何亚光速向前或向后移动。因此，电子可以在强度峰值的上升沿获得足够的动量，以超过并避免后沿。加速强度峰值可以进一步提高动量增益。理论和模拟表明，这些动态强度峰值可以向后加速电子到高能量密度材料的辐射和电子衍射探针所需的MeV能量。
2020-07-10 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Optimized plasma high harmonics generation from ultra-intense laser pulses
研究了强流短脉冲激光等离子体中高次谐波的产生，在等离子体动力学中考虑了离子运动、电子-离子碰撞和辐射反作用力的影响。激光辐射压力通过打孔效应诱导等离子体离子运动，导致谐波谱的频移和展宽。经典辐射反作用力稍微减轻了由离子运动引起的频率展宽。基于这些结果和物理考虑，给出了产生单个强阿秒脉冲和相干XUV辐射的最佳区域的参数图。
2017-04-18 physics.plasm-ph
Radiating Electron Interaction with Multiple Colliding Electromagnetic Waves: Random Walk Trajectories, Levy Flights, Limit Circles, and Attractors (Survey of the Structurally Determinate Patterns)
文献[1]提出的多脉冲碰撞激光概念有利于获得极高幅度的相干电磁场。由于多个碰撞激光脉冲的电场和磁场随时间振荡的拓扑结构是不平凡的，并且在高场极限下辐射摩擦效应是显著的，因此带电粒子与多个碰撞激光脉冲相互作用的动力学表现出与随机行走轨迹、极限圆、吸引子、规则图案和Levy飞行相对应的显著特征。在极高的强度条件下，非线性耗散机制使粒子运动稳定，导致带电粒子轨迹位于狭窄区域内，并出现一类由粒子系综形成的新的规则图案。
2016-12-21 physics.plasm-ph
Simultaneous polarization transformation and amplification of multi-petawatt laser pulses in magnetized plasmas
随着激光峰值功率的不断提高，高功率激光脉冲的产生和操纵由于其有限的损伤阈值而成为传统固态光学越来越大的挑战。因此，基于等离子体的光学元件，可以维持极高的领域吸引了越来越多的兴趣。本文提出了一种基于横向磁场作用下的磁光双折射效应的等离子体波片，它可以在极高的激光功率下工作。重要的是，这种波片可以同时改变偏振状态并提高峰值激光功率。数值计算表明，这种直径为厘米级的波片可以将峰值功率为5拍瓦的线偏振激光脉冲转换为峰值功率大于10拍瓦的圆偏振激光脉冲。偏振转换的能量转换效率约为$98\%$。所需的波片厚度与等离子体电子密度$n_e$和磁场$B_0$的平方成反比，对于$n_e=3\times 10^{20}$ cm、$^{-3}$和$B_0=100$ T，波片厚度约为1 cm。所提出的等离子体波片和其他基于等离子体的光学元件可以在有效利用多拍瓦激光系统中发挥关键作用。
2019-06-28 physics.ins-det physics.optics physics.plasm-ph
Relativistic Tennis with Photons: Demonstration of Frequency Upshifting by a Relativistic Flying Mirror through Two Colliding Laser Pulses
自从啁啾脉冲放大技术出现以来，激光器的峰值功率急剧增长，并开辟了高场科学的新分支，提供聚焦辐照，其电场驱动电子进入相对论区域。在由这种激光器产生的等离子体尾波中，电子密度的调制自然而稳健地呈现抛物面致密壳的形状，由真空区域隔开，几乎以光速移动。当我们注入另一个反向传播的激光脉冲时，它被部分地从壳反射，充当相对论飞行（半透明）镜，产生一个极度时间压缩的倍频脉冲，可以紧紧聚焦到衍射极限。这就好像逆流激光脉冲从相对论挥动的网球拍上反弹回来，将激光光子球变成另一个相干X射线光子球，但其形式被相对论压缩到阿秒和泽秒水平。在这里，我们报告的第一个演示的倍频检测到从一个弱的激光脉冲的反射区域中的尾波产生的驱动脉冲在氦等离子体。这导致了非常强的脉冲压缩和极端相干光增强的可能性。这种相对论网球与光子束被证明导致的可能性，朝着达到巨大的电磁场增强，并最终接近Schwinger场，朝着真空非线性扭曲，并最终打破，产生电子-正电子对。
2007-05-11 physics.gen-ph physics.plasm-ph
Intense multicycle THz pulses generated by laser-produced nanoplasmas
我们提出了一种新的方案，以获得强大的，窄带，和可调谐的太赫兹辐射，通过使用纳米尺寸的过密等离子体靶，由两个反向传播的失谐激光脉冲照射。到目前为止，还没有从激光-固体相互作用中获得GV/m量级的窄带太赫兹源的报道。我们报道了拍频（$\simeq$ 30 THz）的强THz脉冲产生于碰撞区拍频有质动力产生的强等离子体电流，其峰值场强为11.9 GV/m，谱宽$(Δf/f$ $5.3\%)$.这种极亮的窄带THz源适用于各种雄心勃勃的应用。
2022-10-26 physics.plasm-ph
Quantum vacuum processes in the extremely intense light of relativistic plasma mirror sources
拍瓦级激光系统的出现允许在受控环境中产生前所未有强度的电磁场，从而推动越来越多的努力通过与量子真空的相互作用来探测尚未观察到的过程。尽管如此，控制这些影响的最低强度等级仍然超出了预期能力的数量级，因此预计这种努力仍然极具挑战性。然而，近年来，等离子体反射镜已成为跨越这一差距的一个有前途的桥梁，使强烈的红外激光脉冲转换成相干聚焦多普勒谐波光束躺在X-UV范围。在这项工作中，我们提出了定量预测的量子真空签名时产生的光束被集中到$10^{24}$和$10^{28}\ \mathrm{W.cm}^{-2}$之间的强度。这些签名，其中特别包括光子-光子散射和电子-正电子对创建，获得使用国家的最先进的大规模并行数值工具。在识别实验上有利的配置，我们还考虑了聚焦谐波光束与辅助光束的耦合，并提供与其他已建立的方案进行比较。我们的研究结果表明，一个单一的相干聚焦谐波光束可以产生尽可能多的散射光子作为两个红外脉冲在正面碰撞，并确认谐波光束的耦合到一个辅助光束引起显着水平的非弹性散射，因此持有的潜力，大大提高可达到的信噪比在实验中。
2022-02-03 hep-ph physics.optics physics.plasm-ph
Probing non-perturbative QED with electron-laser collisions
绝大多数QED结果是在相对弱的场中得到的，因此是在微扰理论的框架内得到的。然而，即将到来的激光设施提供极高的领域可以用来进入尚未研究的制度。在这里，提出了一个计划，可能会被用来达到超临界制度的辐射反应，甚至完全非微扰制度的量子电动力学。该方案考虑了100 GeV级电子束与反向传播的超强电磁脉冲的碰撞。为了达到这些超临界状态，不可避免地使用具有超短持续时间的脉冲。因此，使用二维粒子模拟，示出了如何将下一代光学激光转换为超高强度（$I\approx 2.9\times 10^{24} \text{ W} \, \text{cm}^{-2}$）阿秒（持续时间$\approx$ 150 as）脉冲。结果表明，如果微扰理论在极端场下成立，次级粒子谱可以用半解析方法求得。相反，如果微扰理论破裂，与实验数据的比较可以允许区分高阶辐射校正的贡献。
2019-06-28 hep-ph physics.plasm-ph
Excitation of multiple wakefields by short laser pulses in dense plasmas
本文从理论上研究了在稠密等离子体中传播的短电磁脉冲的有质动力对多个静电尾波场的激发。结果表明，引入量子统计压力和量子电子隧穿效应可以定性地改变尾场的经典行为。除了公知的等离子体振荡尾场，具有电子趋肤深度的数量级的波长，其在致密等离子体中为几纳米的数量级，还激发了具有较短波长的致密等离子体中的尾场。尾波场可以捕获电子并将其加速到纳米级的极高能量。
2009-04-02 physics.plasm-ph
Self-guiding of 100 TW Femtosecond Laser Pulses in Centimeter-scale Underdense Plasma
利用高功率超短脉冲激光与欠稠密等离子体相互作用，进行了激光自导引的实验研究。当激光脉冲功率远高于相对论自聚焦的临界功率时，观察到极长等离子体通道的形成及其弯曲。长的自导引通道的形成伴随着电子加速，具有低的横向发射度和高的电流。粒子模拟表明，当加速电子超过激光脉冲并改变激光脉冲前面区域的折射率时，激光弯曲发生。
2006-05-29 physics.plasm-ph
Resonant excitation of very high gradient plasma wakefield accelerators by optical-period bunch trains
使用周期性电子束聚束训练共振激发准非线性（QNL）区域中的等离子体尾流场与使用单个较高电荷聚束相比具有明显的优势。QNL机制中的共振激发可以使用每脉冲具有小电荷的非常低发射率的光束产生等离子体电子井喷：局部密度扰动是极其非线性的，实现总稀疏，但等离子体电子在等离子体频率下的共振响应被保留。这样的脉冲训练，具有等于等离子体周期的束团间距，可以通过反向自由电子激光聚束产生。为了实现与几微米的激光波长的共振，使用高等离子体密度，伴随着获得极大的尾场振幅的可能性，对于FACET-II参数接近1 TV/m。在这篇文章中，我们使用粒子模拟研究等离子体响应，光束调制的演变，以及遇到的不稳定性，出现时，使用聚束方案共振激发波在稠密的等离子体。
2020-03-19 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Single-shot carrier-envelope phase determination of long superintense laser pulses
研究了多周期强激光脉冲的载波包络相位（CEP）对非线性康普顿散射过程中电子束辐射的影响。当明显的高能X射线双峰在相对于初始电子运动的向后方向附近以不同角度出现时，采用电子束与激光脉冲反向传播的相互作用机制。这是在相对论相互作用域中实现的，具有额外的要求，即电子能量远低于在激光峰值处的电子反射条件所需的能量，并且光子发射中的随机性效应很弱。结果表明，辐射角分布中双峰的不对称性参数可以作为激光脉冲圆概率误差的一种灵敏而均匀的度量。该方法表现出前所未有的灵敏度，微妙的CEP效应高达10个周期的激光脉冲，并可应用于极强的激光脉冲在目前和不久的将来的激光设施的表征。
2017-07-03 physics.plasm-ph
Magnetic field generation from a coil-shaped foil by a laser-triggered hot-electron current
飞秒相对论强激光脉冲在箔线圈靶中激发强电子流，产生螺线管型极强磁场。磁场寿命充分地超过激光脉冲持续时间，并且主要由目标特性限定。采用三维粒子模拟方法研究了磁场的产生过程。它表明，脉冲和目标参数允许控制场强度和持续时间。所研究的方案对激光磁化技术具有重要意义。
2019-04-18 physics.plasm-ph
Giant isolated attosecond pulses from two-color laser plasma interactions
一个新的制度中的相互作用的双色（$ω$，$2ω$）激光与纳米尺度的箔被确定，导致非常强烈的，孤立的阿秒脉冲的发射-即使在多周期激光的情况下。对于由超过吹出场强度（即，能够将电子与离子背景完全分离）的激光照射的箔，二次谐波场的添加导致箔的稳定达到吹出强度。然后，在一个单一的光学周期中，会发生一个急剧的透明转变。在跃迁周期中，密集的纳米级电子束团被加速到相对论速度，并发射出峰值强度接近激光场的单个强阿秒脉冲。
2020-01-17 physics.optics 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
Ultrarelativistic nanoplasmonics as a new route towards extreme intensity attosecond pulses
通过激光等离子体相互作用产生的超强阿秒脉冲提供了超越任何已知实验室辐射源强度的机会，从而产生了新的实验可能性，例如量子电动力学测试和极短尺度的物质探测。在这里，我们表明，激光照射等离子体表面可以作为一个有效的转换器从毫微微到阿秒范围内，脉冲强度急剧上升。虽然在文献中已经提出了看似类似的计划，目前的设置偏离显着从以前的尝试。提出了一个描述相对论性激光与等离子体相互作用非线性过程的新模型。该模型，这是适用于众多的现象，被证明是在良好的协议与粒子在细胞模拟。通过我们的模型，我们提供了进行实验的必要细节。使用即将到来的10拍瓦激光源，达到10^26 W/cm ^2以上强度的可能性得到了证明。
2011-04-28 physics.plasm-ph
Guided propagation of extremely intense lasers in plasma via ion motion
即将到来的$10-100$拍瓦激光设施可能会提供具有前所未有的$10^{22}-10^{25}\rm~W cm^{-2}$强度的激光脉冲，这可以触发等离子体中的各种非线性量子电动力学过程。为了在如此高的强度水平上有效地实现激光等离子体相互作用，引导激光传播是至关重要的。然而，这变得不可能通过通常的等离子体电子响应激光场由于电子空穴的激光有质动力。在这里，我们发现，离子对激光场的响应可以有效地引导激光在如此高的强度水平下的传播。给出了所需离子密度分布和激光功率的相应条件，并通过三维粒子模拟进行了验证。我们的理论将作为指导未来的实验设计，涉及高强度激光。
2019-10-02 physics.plasm-ph
Ionization induced plasma grating and its applications in strong-field ionization measurements
利用两束相互交叉的超短激光脉冲的干涉作用，使气体在空间上选择性电离，从而形成电离诱导等离子体光栅。等离子体光栅的密度调制可以接近统一，因为等离子体仅在两个脉冲相长干涉的地方产生，并且在相消干涉区域中不发生电离。一旦满足布拉格条件，这种大的密度调制导致第二超短探测脉冲的有效汤姆逊散射。通过测量散射效率，可以确定等离子体光栅中的绝对电子密度，从而推导出给定中性气体密度的电离度。在本文中，我们证明了这一概念的有用性，显示两个应用：电离度测量强场电离的原子和分子和极低密度气体射流的表征。前者的应用是特别感兴趣的稠密气体中的电离物理研究的电离电子与邻近的中性粒子的碰撞可能变得重要，有时被称为多体电离，后者是有用的等离子体为基础的加速，需要极低密度等离子体。
2021-06-03 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Carrier-envelope phase controlled isolated attosecond pulses in the nm wavelength range, based on superradiant nonlinear Thomson-backscattering
本文提出了一种在非线性汤姆逊后向散射框架下实现载波包络相位差（CEP）可控的阿秒XUV --软X光脉冲源的方案。基于牛顿-洛仑兹方程的解析解，计算了相对论电子与飞秒强激光脉冲正面碰撞时的运动。利用所得到的公式，可以方便地计算单能电子束团辐射的集体谱和相应的时间形状。对于某些合适的和现实的参数，单周期隔离脉冲的ca。20作为长度的预测在XUV -软X射线光谱范围内，包括2.33-4.37 nm的水窗口。根据我们的分析，所产生的几乎线性偏振的光束是非常好的准直周围的电子束团的初始速度，具有相当大的强度，并与其CEP锁定的fs激光脉冲。
2017-12-18 physics.atom-ph physics.optics physics.plasm-ph
Bright subcycle XUV pulse from a single dense relativistic electron sheet
相对论性电子是巨大的光子源。除了经典加速器之外，超强激光相互作用特别令人感兴趣，因为它们允许相对论电子的相干运动被控制和利用作为辐射源。在极端激光条件下，理论预测可以产生孤立的自由相对论电子片（FRES），并利用它来产生一类新的辐射-单极极紫外（XUV）脉冲。然而，在这些模拟中，极快的上升时间和最高峰值强度的组合仍然超出了当前的激光技术。我们展示了一条利用相对论透明性产生具有陡峭上升时间的超强脉冲的现有激光器实现隔离FRES的途径。当这样的FRES与第二个倾斜的靶箔相互作用时，电子片被快速加速（“踢”）。辐射信号和模拟表明，一个单一的，纳米厚的FRES产生。实验观察和我们的理论模型表明，在XUV中产生了第一个单极（半周期）脉冲-这是迄今为止仅在太赫兹光谱域中实现的成就。
2014-02-18 physics.optics physics.plasm-ph
Long-Pulse Fast Ignition in MagLIF
Princeton University（普林斯顿大学）
MagLIF通过其几何结构和磁场缓解了快速点火的工程限制，提高了其在惯性约束聚变中的可行性。
2026-02-13 physics.plasm-ph
Extreme energy density confined inside a transparent crystal: Solid - plasma - solid transformations, status and perspectives
在过去的十年中，已经证明超短强激光脉冲紧密地聚焦在透明电介质内部深处产生超过几个MJ/cm 3的能量密度。这种具有极高加热和淬火速率的能量集中导致不寻常的固体-等离子体-固体转化路径，克服了形成先前未知的高压材料相的动力学障碍，这些高压材料相保存在周围的原始晶体中。这些结果是在空间和时间上具有高斯形状的脉冲下得到的。最近表明，贝塞尔形脉冲可以转化更大量的材料，并且据称产生比高斯（GB）脉冲实现的更高的能量密度。在这里，我们提出了一个简洁的回顾以前的结果，并讨论了可能的路线，实现更高的能量密度采用贝塞尔光束（BB），并利用其独特的属性。
2018-03-01 cond-mat.other physics.optics 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
Stimulated Raman scattering in the relativistic regime in near-critical plasmas
高强度短激光脉冲与近临界等离子体的相互作用允许实现极高的耦合效率并将激光能量转移到高能离子。一维粒子在细胞（PIC）模拟被认为是详细的过程中所涉及的能量转移。数值结果与理论的对抗突出了受激拉曼散射过程中发挥的关键作用，在相对论制度。1 ps激光脉冲（I $\sim$ 6.10 $^{18}$ W.cm $^2$）与亚临界（0.5 $n_c$）均匀等离子体的相互作用导致非常高的等离子体吸收，达到激光脉冲能量的68%。这允许均匀的电子加热所有沿等离子体和有效的离子加速在等离子体边缘和空腔。
2016-10-05 physics.plasm-ph
Sub-cycle Nanotip Field Emission of Electrons Driven by Air Plasma Generated THz Pulses
该研究测量长丝空气等离子体太赫兹脉冲驱动钨纳米尖端的亚周期场发射，揭示焦点时空重构导致峰值场强仅约160 kV/cm，并使电子能量和束团电荷较此前提升一个数量级。
2025-01-12 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
