Two-Pulse Direct Laser Acceleration in a Laser-Driven Plasma Accelerator
本文介绍了在激光驱动等离子体加速器中进行双脉冲激光直接加速的方法和初步观察。这种加速机制使用第二共同传播的激光脉冲来重叠并进一步加速尾场气泡中的电子，与传统的激光尾场加速（LWFA）相比，以发射率为代价增加能量。为此，我们介绍了一种飞秒尺度的两个共同传播的脉冲之间的时间延迟控制的方法。当两个脉冲之间的距离接近气泡半径时，我们显示出能量增强。
2021-06-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Laser reflection as a catalyst for direct laser acceleration in multipicosecond laser-plasma interaction
我们证明，激光反射作为一种催化剂的superponderomotive电子的生产在预等离子体形成的相对论多皮秒激光入射到固体密度目标。在一维粒子模拟中，高能电子的产生通过两个阶段的直接激光加速进行，一个初始的随机向后阶段，和一个最终的非随机向前阶段。由反射激光脉冲驱动的初始随机阶段提供了使最终阶段成为非随机阶段所需的预加速。在静电势中的能量增益，这是经常被认为是增强随机加热，只是次要的。激光脉冲入射到固体密度靶上产生高能电子的机制与涉及多皮秒激光-等离子体相互作用的应用直接相关。
2020-01-02 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Similarity for ultra-relativistic laser plasmas and the optimal acceleration regime
发展了超相对论激光等离子体的相似理论。结果表明，最基本的S-相似性是有效的下和过密等离子体。给出了激光尾流场电子加速的最佳定标关系。本工作的强有力的信息是，气泡加速状态[参见Pukhov，Meyer-ter-Vehn，Appl. Phys. B，vol.74，355（2002）]满足这些最佳缩放。
2004-11-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Dynamics of self-injected electron bunches at their acceleration by laser pulse in plasma
数值模拟了在激光脉冲激发的等离子体尾场对自注入电子束团的加速自洽变化到自注入电子束团激发的尾场对自注入电子束团的加速时，自注入电子束团在井喷区的动力学行为。考虑了脉冲训练加速和束流自清洁的优点。
2020-12-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Comparative Analysis of Simulation Results of Dielectric Laser Acceleration of Non-relativistic Electrons in Transparent and Reflective Periodic Structures
本文通过数值模拟比较了33.9 keV非相对论电子在透明与反射周期结构中的介质激光加速性能，并提出反射周期结构方案可实现更高加速率。
2024-11-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Electron laser acceleration in vacuum by a quadratically chirped laser pulse
单MeV电子在真空中经受单次高强度二次啁啾激光脉冲，获得多GeV能量。激光脉冲被建模为有限持续时间梯形和$\cos^2$脉冲形状，并数值求解运动方程。据发现，通常情况下，从相互作用的最大能量增益与二次啁啾是什么会从线性啁啾获得的一半左右。
2013-11-01 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Radiation reaction effects on ion acceleration in laser foil interaction
采用解析模型和多维粒子模拟方法研究了激光箔相互作用中辐射反应对离子加速的影响。我们发现，在1022 W= cm ~ 2的激光强度下，由于静电分离场，一些电子向后移动的区域中，辐射效应是重要的。辐射反应往往会阻碍这些向后的运动。在光学透明区，考虑辐射效应后，离子加速增强。
2009-09-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Confined Continuous-Flow Plasma Source For High-Average-Power Laser Plasma Acceleration
在过去的几十年里，高功率激光系统的显著进步使得激光驱动等离子体加速器的发展取得了快速进展。今天，在光束稳定性和再现性方面获得的结果表明，激光等离子体加速是传统加速器的一种可行且有前途的替代方案。由于一些电子束和次级源应用需要高平均电流，现在的主要焦点是增加束的重复率。在下文中，我们介绍了一种用于kHz电子加速的新型等离子体源，该等离子体源提供连续且空间受限的气流，同时使加速室中的气体负载最小化。
2022-05-05 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Vacuum laser acceleration of super-ponderomotive electrons using relativistic transparency injection
强激光可以在短距离内将电子加速到非常高的能量。这种紧凑型加速器有几个潜在的应用，包括快速点火，高能物理和射线照相。在激光加速电子的各种方案中，真空激光加速电子具有超高的加速梯度和非常简单的优点。然而它的实现一直很困难，因为将自由电子注入快速振荡的激光场中并不是小事。在这里，我们证明了自由电子注入和随后的真空激光加速电子高达20兆电子伏使用相对论透明效应。当高对比度强激光驱动薄固体箔时，来自致密不透明等离子体的电子首先被固体箔前面的激光驻波加速到近光速，随后随着不透明等离子体变得相对论透明而注入透射激光场中。可以通过操纵激光偏振、入射角和时间脉冲成形来进一步优化电子注入/加速。我们的研究结果也揭示了基本的相对论透明过程，对于产生次级粒子和光源至关重要。
2021-10-26 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Efficient injection of radiation-pressure-accelerated sub-relativistic protons into laser wakefield acceleration based on 10 PW lasers
我们提出了一种混合激光驱动的离子加速方案，使用固体箔和密度定制的背景等离子体的组合目标。在第一阶段，强激光与固体薄膜相互作用中的辐射压加速可产生亚相对论质子束。在第二阶段，该次相对论质子束被进一步加速的激光尾流场驱动的相同的激光脉冲在近临界密度的背景等离子体密度下降的轮廓。在第二阶段开始时，激光波前的传播速度和激发尾场波的相速度被有效地降低。通过沿激光传播方向从临界密度附近逐渐降低背景等离子体密度，尾流在加速质子的同时行进得越来越快。因此，质子和尾流之间的退相被推迟，并且实现有效的尾流场质子加速。这种混合激光驱动质子加速方案可以通过使用峰值功率为10 PW的超短激光脉冲产生多GeV质子束来实现。
2018-06-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Charge coupling in multi-stage laser wakefield acceleration
多级激光加速技术是全光无抖动电子加速器的关键技术之一。使用几个独立的激光驱动器和较短长度的等离子体靶允许稳定的和可再现的加速电子聚束（或束）在GeV的能量与较低的能量扩展。同时，在连续加速阶段中有效加速所需的电荷耦合共同取决于注入电子束、升压阶段和激光脉冲尾流中电子束的非线性横向动力学的参数。非匹配电子束注入助推级后，其非线性横向演化会导致尾流场加速阶段的场强扰动甚至降低。在多级激光尾场加速中，电荷耦合的分析和表征变得至关重要。在这里，我们调查两个阶段LWFA通过完全相对论多维粒子在细胞中的模拟，并根据最关键的参数，这会影响有效的耦合和加速的电子束在助推器阶段。
2019-11-15 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
Coupling Effects in Multi-Stage Laser Wake-field Acceleration of Electrons
分级激光尾流场加速是研制全光抖动自由电子加速器的必要技术。将加速长度分成几个技术部分，其长度小于退相长度，并具有独立的激光驱动器，从而可以产生稳定的、可再现的加速场。预加速电子束团在连续激光脉冲尾场加速阶段的时空耦合是分段激光驱动加速的关键。在这里，耦合的表征是用密集的、稳定的、窄的能带<3%的和能量可选的电子束进行的，电子束具有从激光等离子体阴极产生的~1.6 pC的电荷和~10 MeV的能量。在低密度预等离子体中的电子聚束的累积聚焦，表现出Budker-Bennett效应，被示出导致有效的电子注入，即使在激光脉冲尾流中的注入器和助推器之间的长距离。测量的电子束的特性修改的助推器尾场同意与多维粒子模拟得到的。
2019-08-05 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Double-relativistic-electron-shell laser proton acceleration
提出了一种新的由两个相对论电子层、一个超热电子层和一个热电子云组成的激光质子加速结构，其中a为归一化激光场，$a\gtrapprox80σ_0$为归一化等离子体面密度.在新的区域内，对$a=39.5$获得了几GeV的均匀能量分布和几百MeV的单能质子束流。第一相对论电子层在整个过程中对入射激光脉冲保持不透明。用该装置产生了能量为几百MeV、电荷为几百pC的单能电子束。提出了相对论激光粒子加速的搅拌解。
2011-12-12 physics.acc-ph 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
Theory of the Laser Wake-Field Accelerator Revisited: Wake Overtaking, Localized Spectrum and Ponderomotive Acceleration
本文研究了激光尾流场第一循环中电子和正电子的加速。不同类型的粒子运动（限制，反映的尾场或有质动力势和瞬态）之间的分离证明。有质动力加速度对电子来说可以忽略不计，但对正电子来说却很大。准单能注入的电子束团在最大能量处具有截止的局域能谱。
2005-07-13 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Electron self-injection for the acceleration in laser-pulse-wakes in the presence of a `strong' external magnetic field
外加强度为B~ 10 T的静磁场，在一个波周期的最大密度斜坡附近改变电子运动，可导致激光尾流破波。数值模拟结果表明，这可以改变激光尾流场中电子自注入的共振特性，通过适当选择磁场强度可以控制激光尾流加速阶段的总电荷量.
2012-02-17 physics.acc-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
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
Opportunities for TeV Laser Acceleration
确定了一组用于激光，等离子体和加速器技术的棒球场参数，这些参数定义了高达TeV的电子能量。这些粗略的参数是从控制激光加速的基本标度律中分割出来的，近年来在很大范围内从理论上提出并进行了实验探索。在10^{16} cm^{-3}数量级的密度范围内，我们发现适当的激光技术与高效高通量LD驱动Yb陶瓷激光器的技术匹配良好。此外，集体加速技术适用于紧凑的束停止阶段，通过采用束等离子体波减速，这有助于显着提高停止功率和能量回收能力的束。因此，我们找到了这些标度律和新兴激光技术所要求的激光加速参数的汇合点。这可能预示着一种新技术在风能领域的应用。
2008-04-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Ion Acceleration by Short Chirped Laser Pulses
从理论上研究了短频率啁啾激光脉冲对离子的直接激光加速。我们证明了可以产生动能展宽约1%的强离子束。啁啾的激光脉冲允许粒子获得数百兆电子伏的动能，这是强子癌症治疗所需的，从脉冲的能量的顺序为100 J。它示出，几个周期的啁啾脉冲可以加速离子更有效地比长的，即更高的离子动能达到相同的总电磁脉冲能量。
2015-02-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Quasi-phasematched laser wakefield acceleration
激光尾场加速（LWFA）中的能量增益最终受到退相的限制，当被加速的电子超过尾场的加速相位时发生退相。我们应用准相位匹配，使轴向调制等离子体通道，以克服这一限制。通过使调制周期与退相长度匹配，相对论性电子可以在几个退相长度上经历能量增益。理论和模拟结果表明，在弱相对论激光强度（~10^17 W/cm 2）和毫焦耳级脉冲能量下，准相位匹配LWFA的能量增益比标准LWFA大50 MeV。
2013-10-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Coulomb implosion mechanism of negative ion acceleration in laser plasmas
提出了激光等离子体中负离子加速的库仑内爆机制。当强激光脉冲辐照团簇靶时，带正电的离子发生库仑爆炸，带负电的离子被向内加速。负离子的最大能量比正离子低几倍。对库仑内爆机制进行了理论描述和Particle-in-Cell模拟，并给出了强激光脉冲与团簇靶相互作用实验中负离子加速的证据。
2008-12-12 physics.acc-ph 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
Theoretical benchmarking of laser-accelerated ion fluxes by 2D-PIC simulations
目前，在文献中存在许多用于基于激光的离子加速的不同方案。其中一些方案也部分重叠，使得在某些参数制度中难以明确区分方案。在这里，我们提供了一个系统的数值比较以下方案和他们的分析模型：光帆加速度，库仑爆炸，钻孔加速度，和目标正常鞘加速度（TNSA）。我们研究了现实的激光参数和各种不同的目标设计，每个设计分别针对其中一种加速方案进行了优化。作为比较方案的一种手段，我们计算在不同的激光功率下产生的离子电流密度，使用二维粒子在细胞（PIC）模拟，并基准的特定的分析模型，为相应的计划对数值结果。最后，我们讨论了通过研究激光离子加速计划获得高通量的后果。
2016-07-04 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Positron acceleration via laser-augmented blowouts in two-column plasma structures
我们提出了一个正电子加速装置，它由一个电子驱动器和一个激光脉冲组成，产生一个双重等离子体柱结构。由此产生的尾流场是能够加速正电子束在长距离，即使考虑到司机的演变。该计划是通过粒子模拟研究。进一步得到了加速场和聚焦场的解析表达式，给出了见证聚束加速的平衡线。
2022-04-20 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Direct acceleration of an electron in infinite vacuum by a pulsed radially-polarized laser beam
研究了无限大真空中自由电子沿脉冲径向偏振激光束轴向的直接加速。我们发现，从激光脉冲到电子的净能量转移是最大的最紧密的聚焦。我们表明，一个电子最初以相对论速度移动的净能量增益可能超过一半以上的能量转移的理论极限，这是不可能的，与一个最初固定的电子在参数空间研究。我们确定和分析的最大能量增益的功率缩放，扩展我们的研究，包括一个相对未开发的制度的低功率，并揭示了实质性的加速已经是可能的，而不使用拍瓦峰值功率激光技术。
2013-11-22 physics.acc-ph physics.plasm-ph
An analytical optimization of plasma density profiles for downramp injection in laser wake-field acceleration
Università di Napoli “Federico II”（那不勒斯费德里科二世大学）；INFN, Sez. di Napoli（意大利国家核物理研究所那不勒斯分部）；Extreme Light Infrastructure - Nuclear Physics, IFIN-HH（极亮基础设施-核物理，IFIN-HH）
本文提出一种多步骤分析方法，通过改进的全相对论平面模型优化等离子体初始密度，以控制等离子体波的部分波破并最大化电子束的加速。
2026-03-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Optical control of the topology of laser-plasma accelerators
提出了一种能够产生具有螺旋电流分布的相对论电子涡旋束的扭曲等离子体加速器。这些涡束的角动量是量子化的，主导着它们的横向运动，并导致在扭曲的尾流场周围的螺旋粒子轨迹。我们专注于激光尾流场加速的情况下，驱动的激光束与螺旋时空强度分布，也被称为光弹簧。我们发现，这些轻弹簧可以旋转，因为他们激发扭曲的等离子体尾场，提供了一种新的机制来控制扭曲的尾场相速度，提高能量增益和捕获效率超过平面尾场。
2018-07-13 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Gas cell density characterization for laser wakefield acceleration
在多级激光尾场加速器的激光等离子体电子注入器设计中，等离子体密度的控制是稳定加速过程的关键因素。使用具有可变参数的单元来限制气体并定制密度分布。气体填充过程的特征在于实验和流体模拟。结果表明，实验和模拟之间的良好协议。还使用模拟来研究每个气室参数对密度分布的影响，并显示精细控制密度分布的可能性。
2018-01-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Acceleration of electrons by high intensity laser radiation in a magnetic field
本文研究了真空中电子在沿磁场传播的圆极化电磁波中的加速问题。我们表明，当使用超短超强激光脉冲（10 ps，10^{18} Bm/cm ^2，CO_{2}激光器）在磁场存在下，电子能量增长可能达到2.1 Gev。结果表明，电子能量的增长随激光强度和电子初始能量的增加而成比例地增加，并且发现，对于某一偏振方向的波，电子的加速度与电磁波的初始相位无关。我们估计了电子加速所需的激光强度。此外，我们还找到了电子吸收光子的形成长度，据此可以选择电子与电磁波和磁场相互作用所需的区域。我们还表明，作为一个结果，加速电子在真空中的激光辐射在磁场的一个可以获得电子束与小的能量扩展的顺序。我们还指出，由于激光辐射在磁场中加速真空中的电子，可以获得{δε}/ε < 10^{-2}量级的小能量扩展的电子束。
2014-02-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Laser electron acceleration on curved surfaces
相对论强激光束沿曲面传播加速电子，可使加速后的电子束团和激光束柔和地分裂。弯曲表面的存在允许切换波中电子的绝热不变量，立即将获得的能量留给粒子。有效的加速是由强瞬态准定常场的存在下，在相互作用区域和一个长的有效加速长度。表面的曲率允许选择加速的粒子并提供它们的窄角分布。工作机制在理论模型和实验中得到了明确的证明。
2017-11-02 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Prompt acceleration of the $μ^+$ beam in a donut wakefield driven by a shaped Laguerre-Gaussian laser pulse
最近的反常磁矩实验数据有力地表明了标准模型之外新物理的存在。高能$μ^+$束是中微子工厂、未来μ子对撞机和$μ$ SR（自旋旋转、共振和弛豫）技术的潜在选择。提出了一种在成形拉盖尔-高斯（LG）激光脉冲驱动下环形尾场中对$μ^+$光束的瞬时加速方案。圆环尾场的前向部分可以有效地加速和聚焦正粒子束。LG激光器由近临界密度等离子体成形。整形后的LG激光器上升时间短，加速场大。由整形LG激光脉冲驱动的加速场是由正常LG激光脉冲驱动的加速场的6倍。模拟结果表明，在几皮秒的时间内，$ μ^+$束团可以从$200\mathrm{MeV}$加速到2GeV，并且$μ^+$束团的横向尺寸也从初始的$ω_0=5μm$聚焦到$ω=1μm$.
2021-05-05 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Optimizing Laser Wakefield Acceleration in the Nonlinear Self-Guided Regime for Fixed Laser Energy
在非线性、自引导区域中激光尾流场加速的标度律[Lu et al. Phys. Rev. Spec. Top.加速老化梁10，061301（2007）]详细检查使用准三维版本的粒子在细胞代码OSIRIS。我们发现，标度律继续工作以及等离子体密度的减少，而归一化的激光振幅保持不变。对于固定的激光能量，通过缩短归一化脉冲长度直到不再发生自导引，以及通过使用具有快速上升时间的不对称纵向轮廓，可以提高孤立电子束的能量增益，同时束电荷中有一些损失。例如，在没有任何外引导的情况下，一束15 J，0.8 μm，脉宽46 fs（39 fs）的激光产生了355 pC（227 pC）的准单能束团，最大能量为3.25（4.04）GeV，加速距离为2.43 cm（3.08 cm）。此外，在快速上升时间的非对称激光器中，还产生了39.4pC、最大能量4.6GeV的聚束。还介绍了30 J和100 J激光器的研究。
2019-05-01 physics.acc-ph physics.plasm-ph
All-optical blast wave control of laser wakefield acceleration in near critical plasma
本文提出利用垂直聚焦纳秒激光脉冲产生的柱状冲击波控制激光尾场加速长度，通过破坏尾场避免失相，并借助等离子体透镜效应改善电子束质量，实验和数值模拟验证了该方法可形成能量可控、发散度改善的准单能电子束团。
2024-03-28 physics.acc-ph 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
Simulation of the relativistic electron dynamics and acceleration in a linearly-chirped laser pulse
本文对啁啾脉冲激光加速单个电子的问题进行了理论研究，并对结果进行了讨论。脉冲的场由简单的平面波振荡和$\cos^2$包络建模。动力学出现从分析和数值解的相对论性洛伦兹-牛顿方程的运动的电子在该领域的脉冲。所有的模拟都是由独立的Mathematica和Python代码进行的，结果完全相同。本文研究了在初始相对论速度下，从静止位置以及从轴向和侧向注入的加速度的变化。
2014-09-13 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Optimized laser pulse profile for efficient radiation pressure acceleration of ions
激光离子加速的辐射压力加速机制需要高强度的激光脉冲才能有效地起作用。此外，箔在相互作用期间对于入射辐射应该是不透明的，以确保从脉冲到箔的最大动量传递，这需要靶与激光脉冲的适当匹配。然而，在超相对论的制度，这会导致大的加速距离，超过高斯激光脉冲的高激光强度必须保持。结果表明，适当的剪裁的激光脉冲轮廓可以显着减少加速距离，导致紧凑的激光离子加速器，需要更少的能量来操作。
2012-08-26 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
Forward sliding-swing acceleration: electron acceleration by high-intensity lasers in strong plasma magnetic fields
高强度激光束在稠密等离子体中的传播驱动强电流，强电流维持强准静态兆特斯拉水平方位磁场。横向激光场有效地加速电子，在这样一个领域的存在，限制横向运动和偏转的电子在向前的方向，建立新的向前滑动摆动加速机制。它的优点是阈值而不是共振行为，将电子加速到足够强的激光驱动电流的高能量。我们通过一个简化的模型解析地研究了电子的动力学，具体地推导了电流、粒子的初始横动量和激光场强度之间的简单关系，并对能量增益进行了分类。我们证实了模型的预测数值模拟，兆安培级的阈值电流和能量增益比没有磁场可实现的两个数量级。
2019-04-25 physics.acc-ph physics.app-ph physics.plasm-ph
A Review of Laser-Plasma Ion Acceleration
综述了激光等离子体加速离子的研究进展。总结了实验状态的艺术和最近的进展进行了讨论。简要回顾了基本的加速过程，展望了混合机制和新概念。最后，我们把重点放在工程目标的增强加速和全光学方法的光束后加速和控制的发展。
2017-12-18 physics.acc-ph physics.app-ph physics.med-ph
Additional acceleration and collimation of relativistic electron beams by magnetic field resonance at very high intensity laser interaction
除了在非常短和非常强的激光脉冲的相互作用下的高度相对论性电子的有质动力加速之外，进一步的加速来自于这些电子束与约100 MG的自发磁场的相互作用。这种额外的加速度是方位角磁场峰值附近的激光磁共振加速度（LMRA）[1]的结果。这使得电子在激光周期内获得能量。使用高斯激光脉冲，电子的LMRA加速取决于激光偏振。由于这是在共振状态下，强磁场对电子加速有相当大的影响。该机制的结果在良好的准直高能电子沿激光束的中心轴传播已被观察到的实验，并通过我们的数值模拟再现。
2004-11-19 physics.plasm-ph
Tailored laser pulse chirp to maintain optimum radiation pressure acceleration of ions
用超强激光等离子体加速器产生的离子束有望提供紧凑和负担得起的相对论离子束。最有效的加速设置之一被证明是通过激光的辐射压力直接加速。然而，由于辐射压力加速所需的超薄箔中的等离子体不稳定性，在长距离上保持稳定的加速是具有挑战性的。另一方面，最近的研究表明，特别定制的激光脉冲可以缩短所需的加速距离，抑制等离子体不稳定性的发生。在这里，我们将特定激光脉冲形状的概念扩展到实验上可获得的频率啁啾参数。我们提出了一种新的分析如何激光脉冲啁啾可以用来驱动箔目标不断保持最佳的辐射压力加速条件的依赖于目标的面密度和激光的局部场强。我们的研究结果表明，适当的频率啁啾激光脉冲产生一个显着增强的加速到更高的能量和更长的距离抑制等离子体不稳定性的发生。
2018-11-20 physics.plasm-ph
Synergistic Laser Wakefield/Direct Laser Acceleration in the Plasma Bubble Regime
提出了激光尾流场/直接激光等离子体混合加速器的概念。在激光脉冲产生的等离子体泡内经历共振电子感应加速器振荡的相对论电子通过直接从激光脉冲及其等离子体尾流获得能量而被加速。自注入等离子体电子的所得分叉相空间包含经历超过标准一维极限的尾流场加速的群体，这是因为其运动的多维性质减少了电子与尾流之间的相位滑移。
2014-12-22 physics.plasm-ph
A new approach to stochastic acceleration of electrons in colliding laser fields
通过引入适当的正则变量和有效时间，研究了碰撞激光波中电子的随机加速机制，使得新的哈密顿量在没有微扰（较弱）激光波的情况下变得与时间无关.所进行的分析清楚地揭示了随机电子动力学的物理图像。结果表明，当微扰激光场的幅值超过某一临界值时，在一定的能量范围内，电子将发生随机加速。导出了在随机加速下获得的最大电子能量大大超过基于主激光振幅的有质动力能量标度的条件。
2019-02-06 physics.plasm-ph
Laser ion acceleration from tailored solid targets with micron-scale channels
激光离子加速是利用激光与固体相互作用产生快离子的一种很有前途的方法。在这项研究中，我们从理论上研究了从拍瓦级激光脉冲与结构化目标的相互作用中加速离子的可行性，该结构化目标体现了一个充满相对论透明等离子体的微米级通道。利用二维和三维粒子模拟和理论估计，我们表明，这是可能的，产生GeV质子具有高体积电荷和准单能的功能，在能谱。我们将加速机制解释为目标正常鞘层加速度和辐射压力加速度的组合。最佳参数的目标制定理论和验证使用2D PIC模拟。三维PIC模拟和现实preplasma轮廓运行与二维PIC显示的可行性，目前可用的拍瓦激光设施的实验实施所提出的激光离子加速方案。
2022-01-17 physics.plasm-ph
A New Scheme for High-Intensity Laser-Driven Electron Acceleration in a Plasma
提出了一种利用强激光驱动等离子体中电子加速的新方法。在这里，我们证明了由入射激光脉冲的受激前向散射产生的等离子体波可以在一个最长的加速阶段与入射激光波。这就是为什么等离子体波具有最大的放大系数，这是由击穿（翻转）电场，其中注入的相对论束电子的加速发生确定。本文定性地估计了强激光脉冲在等离子体中受激前向散射产生的等离子体波场中相对论电子的加速参数。
2014-05-07 physics.plasm-ph
Determination of hybrid and direct laser acceleration dominated regimes in a 55fs laser driven plasma accelerator with ionization induced injection
利用55fs激光驱动等离子体加速器，研究了不同加速机制（直接激光加速（DLA）和尾流场）对等离子体加速的影响。在较低的电子密度，电子加速可以主要归因于DLA电离诱导注入。随着密度的增加，尾流场的作用越来越大，导致混合制度，并在密度高于自注入阈值，实验观察到的DLA和尾流场的贡献是可比的。在纯氮靶的情况下也观察到了主导DLA机制。使用EPOCH代码进行的2D PIC模拟证实了上述情况，并且还显示了表面波的产生，被认为是DLA预加速的潜在机制。
2019-08-08 physics.plasm-ph
Effects of Laser Polarization on Target Focusing and Acceleration in a Laser-Ion Lens and Accelerator
本研究扩展激光离子透镜与加速（LILA）框架至椭圆偏振激光，通过优化靶厚度实现高效离子加速与聚焦，并证明线偏振激光在非均匀厚度靶上也能达到类似圆偏振的高效能量转换。
2024-11-10 physics.plasm-ph
Effects of Laser Polarization and Color on Hybrid Laser Wakefield and Direct Acceleration
我们证明了混合激光尾流场和直接加速（LWDA）可以显着改善通过使用两个不同的偏振或频率的激光脉冲。该改进需要加速电子的更高能量和电荷，以及对负责产生尾场的前导（泵浦）脉冲和负责直接激光加速（DLA）的拖尾激光脉冲之间的时间延迟的较弱灵敏度。当两个激光脉冲具有相同的频率时，它示出，它是有利的，使它们的偏振态相互正交。还考虑了倍频（$λ_{\rm DLA}=λ_{\rm pump}/2$）DLA激光脉冲的具体情况，并且发现其优于单频（$λ_{\rm DLA} = λ_{\rm pump}$）情况。
2017-12-11 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
Laser Ion Acceleration Scaling Laws Seen in Muti-Parametric PIC Simulations
采用多参数粒子模拟方法研究了强度为$I = 10^{20} - 10^{22} $ W/cm $^2\times(μ$ m $/λ)^2$的激光脉冲对双层靶离子的加速作用。对于具有宽范围的厚度$l$和密度$n_e$的靶，在给定强度下，最高离子能量增益出现在靶$σ= n_e l$的某个{ \it临界深度}处，其与强度的平方根成比例。在薄靶和最佳激光脉冲持续时间的情况下，离子最大能量与激光脉冲功率的平方根成比例。当激光场的辐射压力成为主导时，离子最大能量变得与激光脉冲能量成比例。
2005-10-21 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Sustained Comoving Acceleration of Overdense Plasmas by Colliding Laser Pulses
我们回顾了最近的PIC模拟结果，这些结果表明，从两侧用超强激光脉冲照射薄的过密等离子体板，可以导致表面电子的持续共动加速，其能量远高于传统的有质动力极限。只有当电子横向漂移出激光束时，加速才会停止。我们展示了基于有限激光光斑尺寸的参数研究的最新2.5D结果，并讨论了可用于测试这些结果的未来激光实验。
2006-04-19 physics.plasm-ph
Topological approach for laser acceleration investigation
利用拓扑学的方法揭示了对激光粒子加速的新的理解和认识。用二维粒子模拟方法研究了激光脉冲对薄膜靶的辐照。通过拓扑结构，激光离子加速方案分类取决于激光照射后的变形的目标形状是否是同胚相对于初始目标。当变形靶形状为非同胚时，高效率地产生高能离子。在这种情况下，靶厚度极大地影响所获得的离子能量。然而，当变形的靶形状是同胚的时，获得的离子能量低，并且靶厚度的影响小。
2019-05-28 physics.plasm-ph
