Phase-controlled direct laser acceleration enabled by longitudinal variation of the laser-driven quasi-static plasma magnetic field
University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；University of Michigan（密歇根大学）
本文通过纵向变化的等离子体磁场引入相位滞后，实现相控直接激光加速，抑制能量交换的可逆性，使电子能持续获得能量。
2026-03-20 physics.plasm-ph
Novel Aspects of Direct Laser Acceleration of Relativistic Electrons
我们研究了几个因素对激光脉冲加速电子的影响以及由此产生的电子能量增益。具体而言，我们考虑的作用：1）静态纵向电场; 2）静态横向电场; 3）电子注入到激光脉冲;和4）静态纵向磁场。结果表明，所有这些因素导致，在一定条件下，从激光脉冲相当大的电子能量增益。与尾流场加速等其他机制相比，这种情况下的静态电场并不直接将大量能量传递给电子，而是减少了电子和激光束之间的纵向失相，从而使电子从激光束中获得额外的能量。这里讨论的机制是相关的实验与下致密气体射流，以及涉及扩展的预等离子体的固体密度目标的实验。
2015-02-24 physics.plasm-ph
Direct laser acceleration of electrons by tightly focused laser pulses
本文提出了一个解析理论，揭示了在紧束缚激光束共振加速相对论电子过程中纵向激光电场的重要性。结果表明，该场总是与激光横向分量相抵消，并通过激光直接加速机制有效地降低了电子的最终能量增益。这种效果是通过进行粒子在细胞模拟中的设置，其中在等离子体气泡的尾场是由纵向激光电场所经历的加速电子补偿。导出的缩放和估计是在良好的协议与数值模拟。
2018-12-13 physics.plasm-ph
Laser-Pulse and Electron-Bunch Plasma Wakefield Accelerator
强激光脉冲和高电荷电子束通过等离子体的传播距离分别受到衍射和自减速的限制。这对两个主要的先进加速器概念：激光和等离子体尾场加速器的性能提出了严格的限制。利用数值模拟，我们表明，当两个光束共同传播的等离子体中，它们可以相互作用的协同作用，并延长彼此的旅行距离。负责的协同作用的关键相互作用被发现是由电子束的激光沟道，和由激光脉冲的束电子的直接激光加速。值得注意的是，从激光脉冲转移到等离子体的能量的量可以通过引导电子聚束增加几倍，尽管它的能量含量很小。讨论了这种协同相互作用对外部注入见证电荷的高梯度加速的影响，并提出了激光脉冲和电子束等离子体加速器（LEPA）的新概念。
2020-11-05 physics.plasm-ph
Effect of Transverse Beam Size on the Wakefields and Driver Beam Dynamics in Electron Beam Driven Plasma Wakefield Acceleration
本文用二维流体模拟技术研究了相对论电子束在均匀冷等离子体中的尾流场。已经表明，在刚性梁的横向尺寸大于纵向延伸的极限情况下，尾波获得纯粹的静电形式，并且模拟结果显示出与Ratan等人给出的一维结果良好的一致性[Phys. Plasmas，22，073109（2015）]。在另一极限中，当横向尺寸等于或小于纵向延伸时，尾波本质上是电磁的。此外，还对刚性双抛物光束的二维尾流场进行了线性理论分析，并与模拟结果进行了比较。还表明，作为测量加速过程中的效率的关键参数的Transformer比对于2-D系统（即，对于与纵向长度相比具有较小横向延伸的梁）变得比1-D系统（与纵向长度相比具有较大横向延伸的梁）更高。此外，在模拟中，包括驱动光束的自洽演化，我们已经看到，光束在等离子体内部传输经历横向箍缩发生远早于纵向修改。由于系统中存在横向尺寸，Tsiklauri等人[Phys. Plasmas，25，032114（2018）]给出的一维刚度限值进行了修改。我们还证明了在2-D束等离子体系统的驱动梁的修改后的刚性限制。
2019-09-21 physics.plasm-ph
Role of direct laser acceleration in energy gained by electrons in a laser wakefield accelerator with ionization injection
利用粒子模拟方法研究了激光尾流场加速器准井喷工作模式下激光横向电场对电子加速的影响。为了确保纵向压缩和/或横向聚焦的激光脉冲是不需要的尾流可以自陷等离子体电子之前，我们采用了电离注入技术。此外，改变等离子体密度，使得在最低密度下，激光脉冲仅占据尾流振荡的第一波长的一部分（加速桶），而在最高密度下，相同持续时间的激光脉冲填充整个第一桶。虽然在所有情况下，由于离子柱，被捕获的电子执行电子感应加速器振荡，在最低的等离子体密度，他们不与激光场相互作用，能量增益都是由于纵向尾场。然而，随着密度增加，由于在激光脉冲的偏振平面中经历电子感应加速器运动的那些电子的直接激光加速（DLA），可能对最大能量有显著贡献。最终，DLA可以是由于最高密度下的纵向场而导致的加速的主要能量增益机制。
2014-04-19 physics.plasm-ph
Beyond the ponderomotive limit: direct laser acceleration of relativistic electrons in sub-critical plasmas
我们研究了一个制度，其中线偏振激光脉冲相对论强度照射亚临界等离子体远长于特征电子响应时间。在这种情况下，在具有准静态横向和纵向电场的等离子体中形成稳态通道。这些相对较弱的场显著地改变了电子动力学。纵向电场减少了电子和波之间的纵向失相，导致来自脉冲的电子能量增益的增强。在这个制度中的能量增益最终是有限的，由在通道中的等离子体引起的波前的超光度。横向电场改变了横向电子速度的振荡，使其保持与激光电场反平行，并导致显著的能量增益。能量增强伴随着垂直于驱动运动平面的显著振荡的发展，使得高能电子的轨迹是三维的。适当的电子注入到激光束中可以进一步提高电子能量增益。
2016-02-28 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
Estimation of direct laser acceleration in laser wakefield accelerators using particle-in-cell simulations
许多当前的激光尾流场加速（LWFA）实验是在激光脉冲长度为尾流波长的量级或长于尾流波长并且采用电离注入将电子注入尾流中的情况下进行的。在这些实验中，被俘获的电子将与纵向尾场和横向激光场共同传播。在这种情况下，电子可以从直接激光加速（DLA）机制以及通常的LWFA机制中获得大量的能量。粒子在细胞（PIC）代码经常被用来辨别这两种机制的相对贡献。然而，如果在PIC模拟中使用的纵向分辨率是不够的，它可以产生数值加热，可以高估的横向运动，这是很重要的，在确定由于DLA的能量增益。因此，我们已经进行了系统的研究，这LWFA制度的变化的纵向分辨率的PIC模拟从标准的，最佳实践的分辨率为每激光波长30点的四倍，然后检查最高能量的电子和散装电子的能量增益特性。通过计算DLA对LWFA产生的电子的最终能量的贡献，我们发现，虽然在较低分辨率的模拟中高估了横向动量和振荡半径，但这种高估不会导致DLA的人工能量增益。相反，在较高分辨率的情况下，DLA对最高能量电子的贡献更大，因为DLA共振被更好地保持。因此，即使在最高的纵向分辨率下，DLA也贡献了由最高能量电子获得的能量的很大一部分，并且还有助于加速由LWFA产生的电子束中的大部分电荷。
2015-09-25 physics.plasm-ph
High-charge relativistic electrons by vacuum laser acceleration from plasma mirrors using flying focus pulses
针对等离子体镜真空激光加速中电子因速度失配脱离加速阶段的问题，提出采用飞行聚焦激光，通过三维粒子模拟证明其电荷量产额较传统高斯激光显著提升，适用于高要求应用。
2025-11-18 physics.plasm-ph
Motion of the Plasma Critical Layer During Relativistic-electron Laser Interaction with Immobile and Comoving Ion Plasma for Ion Acceleration
在相对论电子激光-等离子体相互作用体系（$a_0>1$）中，我们分析了两种不同过程下等离子体临界层的运动。当临界层离子是静止的，而不是当他们与它一起移动时，突出的差异。控制在这种制度下的等离子体临界层的速度是必不可少的创建低$β$行进加速结构的激光离子加速器（LIA）的足够的激光激发电位。在相对论诱导透明加速（RITA）方案中，重等离子体离子是固定的，只有痕量密度的轻离子被加速。相对论临界层和加速结构在激光诱导透明过程中通过电子质量的相对论性增加而纵向前移。在辐射压力加速（RPA）方案中，整个等离子体在激光辐射压力的作用下被纵向向前推动，这只有当等离子体离子与激光前沿共同传播时才可能。在RPA中，加速结构的速度除了取决于激光强度和等离子体密度之外，还取决于等离子体-离子质量。在RITA中，重的不动等离子体离子的质量不影响临界层的速度。RITA中裸露的固定离子的惯性激发电荷分离电位，而RPA在离子静止时是不可能的。
2014-03-31 physics.plasm-ph
Longitudinal shaping of plasma waveguides using diffractive axicons for laser wakefield acceleration
研究展示了一种八级对数衍射轴棱镜（LDA）用于产生米级等离子体波导，通过形成类贝塞尔光束和漏斗状通道入口，提升了多GeV激光尾场加速的波导耦合能力。
2025-03-03 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Stabilized Radiation Pressure Dominated Ion Acceleration from Thin-foil Targets
利用粒子模拟方法研究了辐射压主导的离子加速过程中横向和纵向电子加热效应对靶稳定性和离子谱的影响。当纵向电子温度保持尽可能低时，发生有效的离子加速。然而，考虑到抑制横向不稳定性，需要定制横向电子温度，这可以在加速阶段期间保持靶结构完整更长的持续时间。我们建议使用的表面腐蚀的目标，以增加横向温度，这提高了最终的峰值能量和离子的光谱质量相比，一个正常的平面目标。
2010-06-15 physics.acc-ph physics.med-ph physics.plasm-ph
Electron Acceleration Using Twisted Laser Wavefronts
本研究提出利用圆偏振螺旋激光结合等离子体镜注入的电子加速方案，通过解析与模拟验证其可产生高能量、低能散的稠密阿秒电子束团，为阿秒辐射源发展提供新途径。
2021-09-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Preliminary Investigation of a Higgs Factory based on Proton-Driven Plasma Wakefield Acceleration
本文提出并初步分析质子驱动等离子体尾场加速希格斯工厂方案，指出其可借助高能质子驱动简化加速级，但有赖于高重复频率紧凑型高能质子束团技术。
2024-09-17 hep-ex physics.acc-ph physics.plasm-ph
Temporal evolution of longitudinal bunch profile in a laser wakefield accelerator
由于其超短的持续时间和峰值电流在kA范围内，激光尾场加速电子束团是有前途的驱动器，用于超快X射线产生的紧凑型自由电子激光器（FEL），汤姆逊散射或电子感应加速器源。在这里，我们提出了第一个单次拍摄，高分辨率的测量的纵向聚束轮廓，而无需事先假设的聚束形状。我们的方法允许复杂的功能，如多束结构，被检测。改变气体目标的长度，从而改变加速长度，使得能够评估加速过程期间的聚束轮廓演变。我们发现一个最小的聚束持续时间为4.2 fs（半高全宽），拍摄到拍摄的波动为11%均方根。我们的研究结果表明，激光能量耗尽后，从激光驱动的粒子驱动的尾场发生的过渡，与二次聚束的注入。由此产生的双聚束结构可能作为一个优雅的方法，驾驶员见证型实验，即允许一个非失相限制加速的二次聚束在等离子体加力阶段。
2014-06-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Longitudinal instabilities affecting the moving critical layer laser-plasma ion accelerators
在这项工作中，我们分析了在运动等离子体临界层处由相对论强激光驱动的传播加速结构的纵向不稳定性[1]。这些不稳定性影响了传播临界层加速方案中加速离子束的能谱[2][3]。具体来说，使用分析理论和PIC模拟，我们研究三个基本的物理过程和它们的相互作用，是至关重要的理解的能谱控制，使激光等离子体离子加速器稳定。相互作用的过程是（i）多普勒频移有质动力聚束[1][4]（ii）通过束加载的势猝灭[2]和（iii）双流不稳定性。这些现象已经在分析这些加速过程的模拟中观察到[5][6][7]。从我们在这项工作中提出的初步模型和结果中，我们可以推断出可以控制这些不稳定性的措施[8]，以改善光束的能量分布。
2014-11-10 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Generation of 'Super-Ponderomotive' Electrons due to a non-Wakefield interaction between a Laser Pulse and a Longitudinal Electric Field
结果表明，当激光脉冲和纵向电场通过非尾场机制与电子相互作用时，可以产生动量超过$m_eca_0^2/2$“自由电子”极限的电子.该机制包括两个阶段：电子退相率$γ-p_x/m_ec$的电场的加速区和电子加速由激光通过洛伦兹力的减少。原则上，这种机制可以产生纵向动量是$m_eca_0^2/2$的显著倍数的电子。一个相对简单的激光等离子体相互作用的二维PIC模拟表明，产生的superponderomotive电子的强烈影响，这种“反退相”机制。
2013-06-28 physics.plasm-ph
Field-reversed bubble in deep plasma channels for high quality electron acceleration
本文研究了具有光滑边界的空心等离子体通道中激光驱动电子在气泡区的加速。与均匀等离子体的情况相反，激光在前部不形成光学冲击和蚀刻。这增加了有效气泡相速度和能量增益。纵向场具有允许单能量加速的平台。我们观察到低至10^{-3} r.m.s.每个横截面中的相对验证光束能量不确定性和0.3%的总能量扩展。通过改变深槽内等离子体密度分布，可以调节气泡场以平衡激光耗尽和退相长度。推导了深槽中气泡的标度律。超短煎饼状激光脉冲导致每焦耳激光脉冲能量的加速电子的最高能量。
2014-11-20 physics.plasm-ph
Anticorrelation between Ion Acceleration and Nonlinear Coherent Structures from Laser-Underdense Plasma Interaction
在激光等离子体实验中，我们观察到，离子加速从库仑爆炸的等离子体通道由激光钻孔，被阻止时，多个等离子体不稳定性，如双折射和软管，和非线性相干结构（涡/后孤子）出现在一个超短激光脉冲的尾迹。纵向等离子体密度斜坡的剪裁使我们能够控制这些不稳定性的发生。我们推断，在我们的条件下，当等离子体在临界密度的10%左右时呈现出250 μm量级的梯度（高斯拟合），从而阻碍了加速时，激光脉冲被耗尽到这些结构中。一个有前途的实验装置与长脉冲的证明，使激发一个孤立的相干结构的偏振测量，并在进一步的观点，离子等离子体加速效率的参数研究。
2011-10-26 physics.plasm-ph
Positron beam loading and acceleration in the blowout regime of plasma wakefield accelerator
在非线性井喷状态中的等离子体尾场加速已经被示出为提供高加速梯度和高能量传递效率，同时保持用于电子加速的大的束质量。相比之下，在这一制度下的正电子加速的研究仍处于初步阶段。我们发现，在电子束驱动的吹出腔的后部加载强正电子束，可以自洽地形成并维持同轴电子灯丝。通过一个分析模型和完全非线性模拟，我们表明，这种同轴电子灯丝不仅可以集中的正电子束，但改变加载的纵向尾场在一个明显不同的方式从电子束加载在井喷制度。利用模拟，我们表明，高电荷正电子束可以加速与百分之几十的能量转移从尾流到正电子，百分之水平诱导的能量扩展和几毫米$\cdot$ mrad归一化发射度，而显着耗尽的电子驱动束的能量。这个概念可以推广到电子束和正电子束的同时加速以及高Transformer比的正电子加速。
2022-11-15 physics.plasm-ph
Ion acceleration 'via' relativistic self induced transparency in subwavelength target
在这项工作中，我们已经研究了相对论性自诱导透明（RSIT）的目标厚度的影响，并发现，对于亚波长的目标，相应的阈值目标密度（超过该目标是不透明的入射激光脉冲的给定强度）增加。由RSIT从亚波长靶产生的加速纵向静电场用于将离子束从主靶后面的薄的低密度层加速到$\sim$ 100 MeV。还推导出一个合适的定标律，以获得最佳的激光和目标条件。标题中的“via”一词表示我们对来自目标后面的层的离子加速感兴趣。还观察到，就能谱而言，额外的低密度层比单独依赖靶离子更有利。
2016-07-22 physics.plasm-ph
Effects of initial spin orientation on the generation of polarized electron beams from laser wakefield acceleration in plasma
本研究从理论和数值上探究预极化等离子体中初始自旋取向对激光尾波场加速电子束极化的影响，发现自旋动力学依赖自注入机制，纵向注入较横向注入更易获得高极化电子束。
2025-02-12 physics.plasm-ph
Stable high-transformer ratio beam-wakefield acceleration in cusp plasma channels
本文通过三维粒子模拟，研究在尖峰等离子体通道中利用结构化电子束激发高变压器比尾场，实现见证束的高效加速，并避免横向束流不稳定性。
2024-03-14 physics.plasm-ph
The Unexpected Role of Evolving Longitudinal Electric Fields in Generating Energetic Electrons in Relativistically Transparent Plasmas
在强激光脉冲与相对论透明靶相互作用中，实验观测到了超动能电子。对于一个相对论透明的目标，动力学建模表明，能量电子的产生主要是由能量转移内的主要，经典过密，等离子体体积。激光脉冲在等离子体体积内产生狭窄的漏斗状通道，该通道产生负责电子加热的场结构。场结构结合了由强激光驱动的纵向电子流产生的缓慢演变的方位角磁场，以及意外地由漏斗状通道的壁的反射产生的强传播纵向电场。该磁场通过激光脉冲的横向电场通过偏转辅助电子加热，而纵向电场直接在向前方向上加速电子。由反射产生的纵向电场比入射激光束中的强30倍，并且所产生的直接激光加速贡献了由激光脉冲的横向电场转移到超有质动力尾部的电子的能量的大约三分之一。
2018-08-24 physics.plasm-ph
A "slingshot" laser-driven acceleration mechanism of plasma electrons
我们简要报告最近提出的[G。菲奥雷河费代尔大学等离子体21（2014），113105]，[G. Fiore，S. De Nicola，arXiv：1509.04656]电子加速机制称为“弹弓效应”：在适当的条件下，超短超强激光脉冲撞击低密度等离子体表面，预期会导致表面高能电子束沿与脉冲传播方向相反的方向被驱逐;这是由于巨大的有质动力、由电荷分离产生的巨大纵向场以及激光光斑的有限尺寸的相互作用。
2016-03-13 physics.plasm-ph
Enhancement of Proton Acceleration via Geometric Confinement in Near Critical Density-filled Targets
Key Laboratory of Beam Technology of the Ministry of Education, and School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（教育部束流技术实验室，北京师范大学物理与天文学院）；Xinjiang Key Laboratory of Solid State Physics and Devices, School of Physics Science and Technology, Xinjiang University（新疆固态物理与器件重点实验室，新疆大学物理科学与技术学院）
研究通过二维粒子-网格模拟探讨了近临界密度等离子体填充微结构靶中几何约束对质子加速的增强作用，发现简单直锥形靶优于复杂混合几何结构，实现了181.7 MeV的质子截止能量和12度的发散角。
2026-03-14 physics.plasm-ph
Electron pulse train accelerated by a linearly polarized Laguerre-Gaussian laser beam
具有扭曲指数$l = -1$的线偏振拉盖尔-高斯（LP-LG）激光束具有与常规线偏振高斯光束的场结构根本不同的场结构。靠近LP-LG束的轴，纵向电场和磁场占主导地位的横向分量。这种结构为在真空中加速电子提供了一个有吸引力的机会。它示出，使用三维粒子在细胞中的模拟，这种情况下可以实现通过反射LP-LG激光等离子体与尖锐的密度梯度。模拟结果表明，600~TW的LP-LG激光束在反射过程中有效地将电子注入到光束中。靠近激光轴注入的电子通过纵向激光电场经历延长的纵向加速。电子形成具有小发散角的独特的单能聚束。能量最高的束团的能量为0.29 GeV。聚束电荷为6~pC，持续时间为$\sim 270$ ~as.发散角为\dg{0.57}（10 mrad）。通过使用线偏振而不是圆偏振的拉盖尔-高斯光束，我们的方案使得更容易在高功率激光装置上实验证明电子加速。
2022-11-03 physics.plasm-ph
Enhanced TNSA Ion Acceleration via Optical Confinement and Geometric Plasma Focusing in Annular Sector Targets
Iran University of Science and Technology（伊朗科技大学）
本研究通过光学约束和几何等离子体聚焦优化环形扇形目标，显著提升离子加速性能，将质子截止能量提高至22 MeV，碳离子能量超60 MeV。
2026-02-05 physics.plasm-ph
Effective production of gammas, positrons, and photonuclear particles from optimized electron acceleration by short laser pulses in low-density targets
电子加速已被优化的基础上的3D PIC模拟的短激光脉冲与低密度等离子体靶相互作用，以找到脉冲传播制度，最大限度地提高高能量电子束团的电荷。这种机制对应于激光脉冲在自陷模中的传播，其中衍射发散由相对论非线性平衡，使得在轴上的相对论自聚焦不会发生，并且激光束半径在等离子体中的脉冲传播期间在许多瑞利长度上保持不变。如果脉冲长度大大超过等离子体波长和脉冲宽度两者，则对于近临界密度发生这样的制度。电子加速发生在充满高频激光场和纵向静电单循环场的移动腔中（“自陷区”）。蒙特卡罗模拟证明了高电子产额，可以有效地产生伽马辐射，电子-正电子对，中子，甚至π介子从捕捉器目标。
2019-09-13 physics.plasm-ph
Wakefield generation and electron acceleration via propagation of radially polarized laser pulses in homogeneous plasma
本文通过解析和FBPIC模拟，研究了径向偏振激光脉冲在均匀等离子体中产生尾波场并加速电子，相比线偏振脉冲，尾波场幅度和电子能量增益显著提高。
2024-12-23 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Particle-in-Cell Simulations of Density Peak Formation and Ion Acceleration from Short Pulse Laser-Driven Ponderomotive Steepening
我们使用粒子模拟（PIC）和简单的分析模型来研究被称为有质动力陡峭化的激光-等离子体相互作用。当垂直入射的激光在等离子体的临界表面反射时，所产生的驻波电磁波通过有质动力修改电子密度分布，这在电子密度中产生由大约一半的激光波长分离的峰值。研究较少的是这种电荷不平衡如何加速离子朝向电子密度峰值，从而修改等离子体的离子密度分布。理想化的PIC模拟与一个扩展的欠密等离子体货架被用来隔离的离子密度峰值增长的动力学为42 fs脉冲从800 nm的激光强度为10 $^{18}$ W cm $^{-2}$。这些模拟表现出持续的纵向电场为200 GV m $^{-1}$，产生反蒸汽离子达到几千电子伏的能量人口。我们将这些模拟与理论模型进行比较，并探讨离子能量如何取决于等离子体密度和激光波长，脉冲持续时间和强度等因素。我们还提供了纵向电场的强度和密度峰值发展的近似时间尺度的关系。这些结论可能是有用的调查有质动力陡化的现象，在激光技术的进步，允许更短，更强的脉冲，在各种波长的产生。本文还讨论了这一结果与其他研究两个反向传播激光脉冲干涉的工作的相似之处。
2019-05-02 physics.plasm-ph
All-Optical Generation of Dense, Multi-GeV, Longitudinally-Polarized Positron Beams
提出一种集成正电子产生、加速与自旋操控的全光方案，利用QED级联和直接激光加速获得约9 GeV、约50%纵向极化的高产额正电子束。
2025-09-30 physics.acc-ph 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
Femtosecond 240-keV electron pulses from direct laser acceleration in a low-density gas
我们提出了一个简单的激光驱动的电子加速方案的基础上紧密聚焦的径向偏振激光脉冲的飞秒电子束团的生产与能量在几百keV的范围。在该方法中，电子在激光脉冲的纵向电场分量的作用下在聚焦体积中向前加速。三维测试粒子和粒子在细胞模拟显示的可行性，产生良好的准直电子束的能量扩散为5%，持续时间的顺序为1 fs。这些结果为超快电子衍射实验中前所未有的时间分辨率提供了一条途径。
2013-12-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Relativistic ponderomotive force, uphill acceleration, and transition to chaos
从协变循环平均拉格朗日量出发，导出了点电荷的相对论振荡中心运动方程，并给出了任意强度行波中有质动力的解析表达式。它进一步表明，有质动力的横向和纵波是不同的，在后者中，上坡加速度可以发生。在驻波中，存在一个阈值强度，超过该阈值强度，由于向混沌的转变，长期运动不再能用规则的有质动力来描述。PACS编号：52.20.Dq，05.45.+ b，52.35.MW，52.60.+ H
1996-04-04 physics.plasm-ph plasm-ph
Trapping, Compression and Acceleration of an Electron Bunch in the Nonlinear Laser Wakefield
本文提出并考虑了一种激光尾场加速方案，即当激光脉冲前有一束相对稀少的长束非相对论性或弱相对论性电子时。本文研究了在一维尾流场和三维激光尾流场中等离子体通道中测试电子的运动。结果表明，聚束被捕获，有效地压缩在纵向和横向方向上，并加速到超相对论能量的尾场的第一个加速最大值的区域。加速的聚束具有比等离子体波长小得多的尺寸和相对小的能量扩展。
2001-10-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High efficiency uniform wakefield acceleration of a positron beam using stable asymmetric mode in a hollow channel plasma
在井喷制度的等离子体尾场加速是特别有前途的高能量加速的电子束，因为它的潜力，同时提供大的加速梯度和高的能量转移效率，同时保持良好的束质量。然而，迄今为止还没有发现等离子体尾流中正电子加速的等效机制。我们表明，经过一个短的传播距离，一个不对称的电子束驱动一个稳定的尾场在一个中空的等离子体通道，可以加速和聚焦的正电子束。在驱动束团后面适当距离处放置高电荷正电子束团，可以对纵向尾场进行束流加载或平坦化，并增强横向聚焦力，从而导致正电子的高效率和窄能量扩展加速。三维准静态粒子模拟结果表明，该方案可以同时获得30%以上的尾流能量提取效率和1%的能级能量扩展，进一步优化是可行的。
2021-06-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Generation and acceleration of high brightness electrons beams bunched at X-ray wavelengths using plasma-based acceleration
我们表明，使用粒子在细胞（PIC）模拟和理论分析，高品质的电子束，其密度调制在埃尺度可以直接使用密度下降斜坡注入在一个周期性调制的密度在非线性等离子体波尾场。密度调制在调制期间开启和关闭电子的注入。由于电子的初始位置和它们在尾流内部的最终捕获位置之间的独特纵向映射，这导致具有比等离子体密度调制短的波长数量级的密度调制的电子束。两束同频反向传播的激光的有质动力可以在激光波长的一半处产生密度调制。假设激光波长为$0.8\micro\meter$，完全自洽的OSIRIS PIC模拟表明，该方案可以产生高质量的光束调制在10 μ s和100埃之间的波长。这样的光束可以通过共振波荡器产生完全相干的、稳定的、数百GW的X射线。
2020-10-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Numerical Studies of Electron Acceleration Behind Self-Modulating Proton Beam in Plasma with a Density Gradient
目前在圆形加速器中可用的高能质子束携带足够的动量，可以将高强度的电子和正电子束加速到TeV的能量尺度，在几百米的等离子体中，密度约为1 e15 1/cm^3。然而，在这种密度下的等离子体波长比高能质子束的典型纵向尺寸短100-1000倍。因此，长质子束（~10 cm）在等离子体中的自调制不稳定性（SMI）应被用来创建微束团的训练，然后驱动等离子体尾流共振。改变等离子体密度分布提供了一种简单的方法来控制SMI的发展和粒子在此过程中的加速。我们提出了模拟的可能使用的等离子体密度梯度作为一种方式来控制电子束的加速在SMI的发展过程中的400 GeV的质子束在10米长的等离子体。本文的工作是在欧洲核子研究中心质子驱动等离子体尾场加速的原理验证实验AWAKE项目的背景下完成的。
2015-11-13 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High-charge 10 GeV electron acceleration in a 10 cm nanoparticle-assisted hybrid wakefield accelerator
该研究通过纳米颗粒辅助的激光与粒子驱动混合尾场机制，在10厘米装置中实现340 pC、约10.4 GeV电子加速，为紧凑型高电荷量高能加速器提供新路径。
2023-08-18 physics.acc-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
Efficient ion acceleration driven by a Laguerre Gaussian laser in near-critical-density plasma
提出利用拉盖尔-高斯激光辐照近临界密度等离子体，激发纵向静电场同时加速和会聚质子，生成准单能低发散束，为PW级激光系统产生高质量离子束提供参考。
2023-05-10 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Single-Shot Characterization of High Transformer Ratio Wakefields in Nonlinear Plasma Acceleration
等离子体尾场可以使前沿高能粒子加速器具有非常高的加速梯度，超过10 GeV/m。为了克服对可实现的总加速度的限制，可以在线性和非线性等离子体尾流场加速器（PWFA）中使用特殊形状的驱动束，以增加Transformer比，这意味着相对于在尾流中获得的加速度，驱动束减速度被最小化。在这封信中，我们报告的非线性PWFA，高Transformer比实验的结果，使用高电荷，纵向不对称的驱动光束在等离子体细胞。发射度交换过程用于产生可变的驱动电流分布，结合长（多个等离子体波长）的见证光束。验证光束由尾流场进行能量调制，从而在单次测量中产生包含详细光谱信息的响应。使用这些方法，我们产生了各种光束的轮廓和特征的尾场，直接观察梁加载的Transformer比高达R=7.8。此外，一个基于光谱的重建技术，通过三维粒子模拟验证，被引入到减速尾流数据获得驱动束流分布。
2019-10-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
MeV femtosecond electron pulses from direct-field acceleration in low density atomic gases
使用三维粒子模拟，我们表明，几兆电子可以产生紧密聚焦的几个周期的径向偏振激光脉冲在低密度的原子气体。特别是，它被观察到，对于几个TW激光功率需要达到相对论电子能量，纵向阿秒微聚束自然发生，导致飞秒结构与高对比度阿秒密度调制。三维粒子模拟表明，在相对论制度的领先脉冲，这些阿秒子结构的生存传播超过扩展的距离，这表明它可以被传递到一个遥远的目标，与适当设计的传输光束线的帮助。
2015-10-26 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.optics
The slingshot effect: a possible new laser-driven high energy acceleration mechanism for electrons
我们表明，在适当的条件下，一个非常短的和强烈的激光脉冲到等离子体上的影响，导致驱逐的表面电子与高能量的脉冲的传播方向相反。这是由于有质动力和电荷分离产生的巨大纵向场的综合效应（“弹弓效应”）。这种效应也应该存在于其他状态的物质中，只要脉冲足够强，可以在局部引起完全电离。实验测试似乎是可行的，如果得到证实，将提供一种新的电子提取和加速机制，替代传统的基于射频或激光尾场的机制。
2014-11-14 hep-ph hep-th math-ph
Observation of longitudinal and transverse self-injections in laser-plasma accelerators
激光等离子体加速器可以从一个厘米级的设备中产生高质量的电子束，能量高达千兆电子伏。电子束的性质和加速器的稳定性在很大程度上取决于电子注入加速器的阶段。最简单的注入机制是自注入，其中尾流场足够强以将冷等离子体电子捕获到激光尾流中。这种方法的主要缺点是缺乏镜头间的稳定性。在这里，我们提出的实验和数值结果表明存在两种不同的自注入机制。横向自注入被证明是导致低稳定性和质量差的电子束，因为一个强烈的依赖于激光脉冲的强度分布。与此相反，纵向注入，这是明确地观察到的第一次，被证明会导致更稳定的加速和更高质量的电子束。
2013-09-24 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Topology of Plasma Wakefields Driven by Two Color Laguerre Gaussian Laser Pulses
研究利用分析方法和准圆柱粒子在单元模拟，探讨了由两种颜色的拉格朗日多项式高斯激光脉冲携带轨道角动量驱动的等离子体wake场激发，发现有限 azimuthal 指数的驱动器产生较弱且不规则的轴向wake场，但径向分布显示能量向有限半径重新分布而非简单损失，轨道角动量携带模式产生空心和环形wake结构，混合高斯拉格朗日多项式高斯配置表现出中间行为，展示了结构化双色激光驱动器对等离子体wake场拓扑结构的改变以及对横向等离子体动力学、轴向加速和角动量介导的wake场结构的控制机制。
2026-07-03 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
