Observation of Plasma Focusing of a 28.5 GeV Positron Beam
报道了28.5GeV正电子束等离子体聚焦的观测结果。等离子体是通过电离只有3毫米厚的氮气射流形成的。在两个横向尺寸的同时聚焦观察到的有效聚焦强度为特斯拉每微米的顺序。束斑的最小面积被等离子体减小了2.0 +/- 0.3倍。测量了纵向束流包线，并与数值计算结果进行了比较。
2001-10-04 physics.acc-ph
New Challenges in Plasma Accelerators: Final Focusing for Wakefield Colliders
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）；CERN（欧洲核子研究中心）；Old Dominion University（老道明大学）
本文探讨了等离子体加速器在高能碰撞中最终聚焦系统面临的挑战，并提出了首个10 TeV线性波荡机碰撞器的最终聚焦系统设计及性能评估。
2026-02-17 physics.acc-ph
Achromatic optics using nonlinear plasma lenses for beam-quality preservation between plasma-accelerator stages
University of Oslo（奥斯陆大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学）
本文提出一种紧凑的非色差晶格，利用非线性等离子体透镜在等离子体加速器阶段之间保持束质量，通过分析和数值模拟比较了该方案与传统方案的性能和限制。
2026-04-19 physics.acc-ph
Focusing a fountain of neutral cesium atoms with an electrostatic lens triplet
一个具有三个聚焦元件的静电透镜被用来聚焦处于基态（强场搜索）的铯原子喷泉。透镜电极被成形为仅产生六极加偶极等势，这避免了增加存在于圆柱透镜中的不必要的非线性力。通过使所有的主电场指向相同的方向并且具有几乎相等的幅度，透镜之间的散焦被大大减小。第三个透镜的加入使我们能够更好地控制两个横向平面中的聚焦强度，并允许光束在两个平面中聚焦到图像大小的一半。针对选择用于产生特定聚焦特性的透镜电压计算射束包络。计算，从第一原理开始，进行了比较与测量的光束尺寸，发现是在良好的协议。应用喷泉实验，原子钟，并在强场寻求状态聚焦极性分子进行了讨论。
2006-03-15 physics.acc-ph physics.atom-ph
Witness electron beam injection using an active plasma lens for a proton beam-driven plasma wakefield accelerator
有源等离子体透镜使用由通过等离子体的放电电流产生的磁场同时在水平和垂直平面上聚焦射束。使用100 T/m数量级的聚焦梯度，可以在短距离内获得5- 10 $μ$ m的光束尺寸。因此，有源等离子体透镜是用于等离子体尾场加速的有吸引力的元件，因为需要极小尺寸的见证电子束注入到等离子体尾场中以最小化发射度增长并提高捕获效率。当驱动电子束和见证电子束共同传播通过有源等离子体透镜时，必须考虑驱动电子束和见证电子束与等离子体之间的相互作用。在本文中，通过粒子模拟，我们讨论了使用主动等离子体透镜的电子束的最终聚焦的AWAKE运行2实验的可能性。证实了质子束团激发的等离子体尾波场的振幅即使在通过有源等离子体透镜后也保持不变。在透镜的等离子体密度斜坡区，见证电子束的发射度迅速增加。然而，当见证电子束具有100 pC的电荷、10 mm mrad的发射度和60 $μ$ m的聚束长度时，其发射度沿有源等离子体透镜的增长并不显著。对于小的发射度，如2毫米毫拉德，发射度的增长被发现是强烈依赖于RMS束的大小，等离子体密度，和多重库仑散射。
2021-12-10 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Focusing of laser-generated ion beams by a plasma cylinder: similarity theory and the thick lens formula
结果表明，基于等离子体的光学系统可用于引导和聚焦高发散激光产生的离子束。考虑一个空心圆柱体，它最初包含一个热电子人口。由于正的径向压力梯度，流向圆柱轴的等离子体保持聚焦静电场。圆柱体作为厚透镜工作，其参数由圆柱体中自由膨胀等离子体的相似理论得到。因为透镜参数是能量相关的，所以透镜聚焦选定能量范围的离子并作为单色器工作。因为聚焦是由于膨胀等离子体的准中性部分，透镜参数仅取决于热电子温度$T_e$，而不是它们的密度。
2005-11-08 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Determination of few femtosecond to attosecond electron bunch durations using a passive plasma lens
本文提出一种基于无源等离子体透镜引起电子束发散度时变特性的非侵入式测量方法，实现了几飞秒至阿秒级电子束持续时间的精确重建，适用于尾场加速器及具有啁啾的电子束。
2025-06-30 physics.acc-ph
Single Crystal Diamond Refractive Lens for Focusing of X-rays in Two Dimensions
我们报道了具有旋转抛物面形状因子的单晶金刚石折射x射线透镜的制作和性能评价，用于同时在两个维度聚焦x射线。使用飞秒激光微加工工艺制造透镜，并使用X射线同步辐射进行测试。将这些透镜堆叠在一起以形成标准复合折射透镜（CRL）。由于金刚石CRL材料的优异物理性能，它是X射线自由电子激光和下一代同步加速器储存环中不可或缺的波前保持主聚焦光学器件。它们可以用于非常明亮的X射线源的高效重聚焦，用于具有有限孔径的二次光学方案，例如纳米聚焦菲涅耳波带片和多层劳厄透镜。
2015-07-09 physics.acc-ph physics.ins-det
The quantum plasma lens concept: a preliminary investigation
近年来，在相对论带电粒子束在冷、无碰撞、强磁化等离子体中运动的量子理论框架内，对集体和非局域量子效应进行了理论研究。这已经做了考虑到等离子体尾场激发和量子傍轴近似。在此理论基础上，我们对相对论冷光束通过等离子体薄板（等离子体透镜）的横向效应进行了初步研究。在强非定域区，即光束具有很强的聚焦效应时，根据上述量子理论提供的波动描述，对等离子体透镜方案进行了评述。
2013-09-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
An einzel lens with a diagonal-slit central electrode to combine steering and focusing of a low energy ion beam
在简单的三元件单透镜的许多应用中，例如将低能离子束注入到高场潘宁阱中，需要小角度转向以及束的聚焦。我们分析了一个diagonalslit圆柱作为这样的透镜的中间电极，并已表明，这样的电极配置显着减少与这种偏转相关的像差。
2010-08-03 nucl-ex physics.acc-ph
Demonstration of a tandem lens for producing shaped laser-ionized plasmas for plasma wakefield acceleration
本研究演示了由两个衍射光学元件构成的串联透镜装置，可聚焦高功率超快激光产生米级贝塞尔焦点，用于制备等离子体尾场加速的激光电离等离子体源，还介绍了透镜相位计算算法及性能预测。
2025-09-01 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Preliminary results from the CLEAR nonlinear plasma lens experiment
University of Oslo（奥斯陆大学）；University of Oxford（牛津大学）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）
该研究探讨了非线性等离子体透镜在高发散电子束传输中的应用，通过实验和模拟验证了等离子体透镜的非线性特性，为实现等离子体加速器阶段之间的色散传输提供了新方法。
2025-05-27 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Status Report on the Hydrodynamic Simulations of a Tapered Plasma Lens for Optical Matching at the ILC $e^+$ Source
针对ILC正电子源高度发散束流，本文提出并模拟了锥形等离子体透镜的光学匹配方案，初步流体动力学模拟验证了其可行性，为后续实验和设计优化奠定基础。
2023-09-01 physics.acc-ph
Approximate Analytical Description of the Underdense Short Plasma Lens
本文发展了描述欠密等离子体-超相对论电子束团系统的微扰方法，用比值$\frac{n_0}{n_b}$作为小参数（$n_b$ --束团，$n_0$ --等离子体电子密度）。在微扰过程的一级近似下，由于等离子体电子的重新分布，电子聚束的聚焦现象出现了。计算了超相对论性、平坦、均匀和短束团的聚焦梯度和聚焦强度，并与前人的结果进行了比较。
1996-04-17 acc-phys physics.acc-ph
Improving the energy-extraction efficiency of laser-plasma accelerator driven free-electron laser using transverse-gradient undulator with focusing optics and longitudinal tapering
据报道，[Z。Huang等人，物理修订信函109，204801（2012）]，高增益自由电子激光（FEL）可以由来自激光等离子体加速器（LPA）的横向色散电子束产生，使用横向梯度波荡器（TGU），假设理想的恒定色散函数而没有聚焦光学器件。恒定的色散函数使超出共振能量带宽的电子仍然与自由电子激光辐射共振。相反，在本文中，在LPA驱动的自由电子激光使用TGU的情况下，与聚焦光学数值研究，其中的色散函数应沿波荡器单调递减。尽管在这种情况下，离能电子并不总是满足自由电子激光共振，但通过巧妙地优化初始色散和聚焦参数，可以获得与理想的恒定色散函数情况下相似的辐射功率，同时获得良好的横向相干性。此外，更高的辐射功率，可以预期，如果纵向锥形，横向梯度变化在不同的部分，这是证明了激烈的全球多参数优化的基础上GENESIS模拟。
2016-08-10 physics.acc-ph
Plasma lens for the focusing of positron bunches
针对等离子体加速器中正电子束团聚焦的难题，提出一种工作在线性区的等离子体透镜聚焦方法，经数值模拟验证可对两种构型的正电子束团实现高质量横向聚焦，还具备降低束团能散的潜力。
2025-09-03 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Focusing of a Long Relativistic Proton Bunch in Underdense Plasma
讨论了长相对论质子束团在欠密等离子体中传输时所经历的聚焦效应。我们表明，与2D准静态模拟的等离子体的存在下的束的响应提供了一个聚焦力的质子。我们讨论了等离子体的有限横向尺寸对过程动力学的影响，并介绍了欧洲核子研究中心AWAKE实验中进行的测量。
2023-02-08 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Development of a nonlinear plasma lens for achromatic beam transport
本研究提出基于等离子体霍尔效应的非线性有源等离子体透镜新构想，作为消色差电子束流传输晶格的组成部分，由一维流体模拟启发设计，并已在CERN的CLEAR束线开展实验表征。
2024-11-01 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Slice Emittance Preservation and Focus Control in a Passive Plasma Lens
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）；Lund University（隆德大学）；University College London（伦敦大学学院）；Universität Hamburg（汉堡大学）；John Adams Institute, Department of Physics, University of Oxford（牛津大学物理系约翰亚当斯研究所）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本研究通过实验展示被动等离子体透镜在强聚焦下保持高亮度束流的切片发散度，并实现对焦点参数的控制。
2026-07-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Anomalous beam transport through Gabor (plasma) lens prototype
电子等离子体透镜是一种具有成本效益的紧凑型强聚焦元件，可以确保有效捕获来自激光驱动源的低能质子和离子束。在伦敦帝国理工学院建造了一个用于高电子密度操作的伽柏透镜原型。这里报道了透镜的稳定操作制度的参数及其在1.4 MeV质子束测试期间的性能。窄笔形射束在透镜下游67 cm处的闪烁体屏幕上成像。透镜将笔形光束转换成环，这些环显示出取决于透镜设置的位置相关形状和强度调制。聚焦效应的表征表明，等离子体柱表现出类似于$m=1$ diocotron不稳定性的离轴旋转。使用粒子跟踪模拟的不稳定性与环的原因的关联进行了研究。
2021-05-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Refraction of $e^-$ beams due to plasma lensing at a plasma-vacuum interface -- applied to beam deflection in a Copper cell with electrical RF-breakdown plasma
我们制定了一个可能的描述的偏转的相对论性$e^-$光束在不均匀的铜等离子体中，遇到的光束传播时，通过一个加速细胞，经历了高电场RF击穿。众所周知，非均匀等离子体形成并且可以持续高达几微秒，直到在加速结构中复合，其中场发射触发RF单元壁变形的熔化和电离。我们提出了一个初步的模型，由于集体等离子体响应的基础上的束流密度，等离子体密度和相互作用长度的偏转。
2014-05-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Recent neutron focusing experiments using polycapillary lens in CSNS
较高的中子流密度可以为中子实验提供方便。利用中子光学聚焦元件，可以实现大通量束流向样品的传输。聚合物毛细管透镜作为一种聚焦元件，非常适用于PGAA和NDP技术等中子吸收实验。目前，正在中国南方科学院建设的中子物理与应用谱仪是我国第一台脉冲中子源。为了给后续的多毛细管透镜增强型PGAA或NDP装置的设计提供一些建议和思路，首次在CSNS中进行了多毛细管透镜中子聚焦实验。对于0.5-12.6多色光束，获得了FWHM为800的焦斑。随着波长的增大，光束尺寸、传输效率和增益都增大。对于冷中子，增益保持在7的水平。
2022-03-31 physics.acc-ph physics.ins-det
Control of focusing forces and emittances in plasma-based accelerators using near-hollow plasma channels
提出了一种近中空等离子体通道，其中通道中的等离子体密度远小于壁中的等离子体密度，以提供对等离子体加速器中的聚焦力和加速力的独立控制。在这种几何形状中，通道中的低密度有助于聚焦力，而加速场由通道壁中的高密度决定。该通道还为用于尾流场激发的强激光脉冲提供引导。在某些情况下，电子束和正电子束都可以以近似对称的方式加速和聚焦。近空心等离子体通道可以有效地抑制由于库仑散射引起的发射度增长，适用于高能物理应用。
2013-08-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Results on Plasma Focusing of High Energy Density Electron and Positron Beams
我们目前的结果从SLAC E-150实验等离子体聚焦的高能量密度电子，并首次，正电子束。我们还讨论了等离子体透镜引起的同步辐射，等离子体聚焦的纵向动力学，激光和光束等离子体相互作用的测量。
2000-08-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Plasma Lens Prototype Progress: Plasma Diagnostics And Particle Tracking For ILC e+ Source
针对ILC正电子源大发散正电子的匹配需求，汉堡大学与DESY合作研制等离子体透镜缩比原型，介绍其开发进展及内置贝叶斯优化的专用粒子追踪程序的初步成果。
2023-10-10 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Designing a Plasma Lens as a Matching Device for the ILC Positron Source
为了实现一个计划中的高亮度和高能量的$e^+e^-$对撞机，作为ILC，必须产生大量的正电子和加速的粒子必须被捕获和匹配根据阻尼环的接受。存在几种技术可能性。在这篇文章中，将提出一种新的有希望的捕获正电子的替代方法，即等离子体透镜作为光学匹配装置的应用。它将与ILC的电流匹配装置，即四分之一波Transformer进行比较。等离子体透镜的优点是不同的磁场分量，其以更有效的方式聚焦发散束。因此，本文将表明，可以更容易地达到产量要求。等离子体透镜实际上是一种很有前途的替代品，一旦技术可行性得到批准，它就可以用来聚焦光束。在模拟中，锥形有源等离子体透镜已被优化使用的时间均匀电流密度常数的近似。优化过程导致等离子体透镜设计，该等离子体透镜设计在ILC当前提出的光学匹配装置（即四分之一波长Transformer）上改进了大约$50-100\%$。此外，该设计已被证明，以保证在$\pm1.5\%$内的单个，独立的参数偏差约$\pm10\%$的稳定捕获的正电子产额。
2021-05-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Plasma Lenses: Possible alternative OMD at the ILC
在国际直线对撞机（ILC）的基线设计中，为了满足物理要求，正电子源预计采用基于波荡器的源。最近选择的第一个能量阶段与sqrt（s）=250 GeV需要高光度，并施加了努力，所有的正电子源设计在高能对撞机。在本文中，我们进行了模拟研究，并采用等离子体透镜的新技术来捕获波荡器光子产生的正电子，并创建所需的高亮度正电子束。
2020-03-10 hep-ph physics.acc-ph
Plasma Lenses for Relativistic Laser Beams in Laser Wakefield Accelerators
将拍瓦级激光束聚焦成用于不同应用的各种光斑尺寸在成本、劳动力和空间方面是昂贵的。在本文中，我们提出了一种等离子体透镜，利用激光自聚焦效应灵活地调整激光束的大小。使用固定的常规聚焦系统将激光聚焦在等离子体前方的短距离处，我们可以在一定范围内调节有效激光束腰，就好像使用各种聚焦系统与等离子体透镜一起充当望远镜中的可调节目镜。这样的设置是一个强大的工具，激光尾场加速器实验在国家的最先进的拍瓦激光项目，并允许扫描焦斑参数。
2019-01-23 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Acceleration and focusing of positron bunch in a dielectric waveguide accelerator with homogeneous plasma in transport channel
本文给出了等离子体介质尾场加速器中正电子束团聚焦的数值PIC模拟结果。尾场由驱动电子聚束在石英介质管中激发，并嵌入圆柱形金属波导中。介质管的内部区域已经填充有径向均匀的等离子体，在一般情况下具有沿波导轴的真空通道。数值模拟结果表明，在尾流场中，正电子束团的加速和聚焦是可能的。研究了正电子束团的输运和加速与真空通道尺寸和波导长度的关系。
2021-12-11 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Homogeneous Focusing Field for Short Relativistic Electron Bunches in Plasma
对相对论短电子束团在等离子体尾流透镜中的聚焦进行了解析和数值模拟研究。对于两种透镜，导出了相对论电子束团聚焦序列的必要参数。这些参数的验证进行了数值模拟。
2020-07-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Demonstration of relativistic electron beam focusing by a laser-plasma lens
激光等离子体技术有望大幅缩小高能电子加速器的尺寸。它可以使自由电子激光提供给广大的科学界，并进一步推动电子加速器的极限，为高能物理。此外，独特的飞秒性质的来源，使它成为一个有前途的工具，研究超快现象。然而，由于缺乏合适的透镜来传输这种强流电子束，主要是由于它们的发散性，应用受到阻碍。在这里，我们表明，这个问题可以通过使用激光等离子体透镜，其中的场梯度是五个数量级大于传统的光学解决。我们证明了减少了近三个因素的发散，这应该允许一个有效的耦合与传统的光束传输线的光束。
2015-03-27 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Plasma lens-based beam extraction and removal system for Plasma Wakefield Acceleration experiments
等离子体尾场加速是最有前途的技术之一，能够克服传统RF技术的限制，并使小型加速器的发展成为可能。相对于激光驱动方案，光束驱动方案不受衍射和失相问题的限制，因此它允许实现更大的加速长度。相反，最突出的缺点之一发生在加速过程结束时，并且包括去除耗尽的高电荷驱动器，同时保留加速见证聚束的主要特征（发射度和峰值电流）。在这里，我们提出了一个理论研究，证明通过使用一个创新的系统组成的阵列的光束准直器和放电毛细管作为活性等离子体透镜，以达到这些目标的可能性。这样的系统允许提取和运输加速的和高度发散的证据束，并且同时提供驱动器的移除。该研究是由一组不同的光束配置进行的数值模拟完成。还研究了粒子与准直器相互作用的物理过程。
2019-09-06 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Adiabatic Focusing of a Long Proton Bunch in Plasma
我们在实验中表明，一个长的，相对论质子束集中的等离子体绝热响应。自由等离子体电子迁移以中和聚束的空间电荷场，并且聚束因此被由其自身电流产生的方位角磁场聚焦，该方位角磁场不被径向电场平衡。由于束团的长度远大于等离子体电子的波长，束团也经历自调制不稳定性。因此，尾波场的振幅沿束团和沿等离子体增长，并且自调制的散焦效应可以变得比绝热聚焦效应占主导地位。我们发现，当播种的自调制与前一个电子束，绝热响应的效果和自调制的效果之间的过渡依赖于种子尾场的振幅。
2022-08-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Focusing of Drive and Test Bunches in a Dielectric Waveguide Filled with Inhomogeneous Plasma
本文给出了径向不均匀等离子体填充介质波导中加速和驱动聚束动力学的数值PIC模拟结果。尾流场由石英（介电常数3.75）介质管中的电子聚束激发，该介质管的外径和内径分别为1.2 mm和1.0 mm，其嵌套到圆柱形金属波导中。驱动聚束特性被选择为：电子能量为5GeV，电荷为3 nC，聚束长度为0.2mm，聚束直径为0.9mm。加速的束团具有相同的参数，除了电荷，其等于0.3 nC。波导的内部填充有具有不同横向密度分布的等离子体，即，在毛细管放电中形成的密度分布，以及真空通道沿波导轴的径向不均匀密度分布。对于所研究的所有情况下的等离子体密度低，使得等离子体频率低于基本介电模式频率。PIC模拟结果表明，非均匀等离子体柱中的真空通道改善了加速聚束聚焦。存在最佳真空通道尺寸值，在该值处聚焦最强。与漂移通道的完全等离子体填充相比，加速聚束聚焦的改善伴随着加速梯度的降低。最好的加速发生在没有等离子体的情况下;然而，在这种情况下，测试聚束聚焦不会发生。
2019-12-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
SHARP: A compact focusing system for medical applications using a diverging plasma lens
University of Oslo（奥斯陆大学）；Paul Scherrer Institute (PSI)（保罗谢尔研究所）；Aarhus University（奥胡斯大学）；Aarhus University Hospital（奥胡斯大学医院）
SHARP项目利用发散等离子体透镜和四极子透镜结合，实现紧凑的高精度放疗系统，有望提升放疗效率并减少基础设施需求。
2026-02-23 physics.acc-ph physics.med-ph
