Radial equilibrium of relativistic particle bunches in plasma wakefield accelerators
在等离子体尾场加速器的线性或弱非线性区域中，驱动粒子束很快与尾场达到径向平衡，这是第一次详细描述。结合解析关系、数值积分和第一性原理模拟，得到了平衡束流状态和自洽尾流场。在平衡态中，束流密度在轴附近强烈地达到峰值，束流半径沿着束流是恒定的，并且聚焦强度的纵向变化通过改变束流发射度来平衡。束粒子的横向动量分布依赖于观测半径，既不是可分的，也不是高斯分布。
2016-11-03 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Transformer ratio growth due to ion motion in plasma wakefield accelerators
本文报告了等离子体尾场加速器中Langmuir波破裂导致加速电场增强的反直觉效应，其机制是横向波破裂时通过电子的集体流入与单独流出从邻近区域汲取能量。
2023-11-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Enhancement of electron energy to multi-GeV regime by a dual-stage laser-wakefield accelerator pumped by petawatt laser pulses
激光尾流场加速提供了一个紧凑的电子加速器的承诺，用于产生多GeV的电子束使用由强激光脉冲引起的巨大的场梯度，相比于传统的射频加速器。然而，来自激光尾场加速器的电子束的能量和质量受到驱动激光脉冲的功率和靶介质中的相互作用性质的限制。近年来，随着激光技术的发展，人们已经实现了拍瓦级飞秒激光器，这为激光尾波场加速的研究提供了新的可能性。在这里，我们提出了一个显着增加激光驱动的电子能量的多GeV的水平，利用30 fs，1 PW激光系统。特别是，一个双阶段的激光尾场加速计划（注入器和加速器计划）被施加到提升电子能量超过3 GeV与一个单一的PW激光脉冲。三维粒子模拟证实了PW激光脉冲驱动的双级激光尾场加速器产生的多GeV电子。
2013-09-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Observation of Plasma-Undulator Harmonics from a Laser Wakefield Accelerator
这篇论文已被作者撤回。分析中的一个假设在实验条件下是不成立的。
2010-03-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Stern-Gerlach surfing in laser wakefield accelerators
本文研究了在激光尾流场加速器中加入Stern-Gerlach型洛伦兹力对电子的影响。Stern-Gerlach型的条款被发现产生一个家庭的轨迹描述电子冲浪沿等离子体密度波驱动的激光脉冲。这样的轨迹可能导致电子聚束尺寸的增加，这可能对在未来的自由电子激光中利用这样的聚束的尝试具有影响。
2015-03-11 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Oscillation damper for misaligned witness in plasma wakefield accelerator
针对线性或中等非线性等离子体尾场加速器中外部见证束对中困难的问题，本文提出在其前方亚毫米处加入同源阻尼束团，通过尾场扰动实现见证束自动回轴且无质量损失。
2024-10-26 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Witness emittance growth caused by driver density fluctuations in plasma wakefield accelerators
在等离子体尾场加速器中，我们发现了一种能引起见证发射度增长的新效应。该效应出现在线性或适度非线性等离子体波中。在驱动光束与等离子体波达到横向平衡所需的时间期间，见证物经历随时间变化的聚焦力并失去质量。见证电荷越高，发射度增长率就越低，因为见证电荷被其自身的尾流场额外聚焦。然而，见证头总是退化，退化和完好部分之间的边界逐渐向后传播沿见证束。
2018-07-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Electromagnetic radiation from a laser wakefield accelerator
基于Lienard-Wiechert势计算了激光尾场加速器的相干和非相干电磁辐射。研究发现，在波长大于束团长度时，辐射是相干的。相干辐射通常位于红外范围内，显示出揭示加速过程的细节和电子聚束的特性的特征，例如其持续时间、电荷、能量和相对于尾场轴的偏移。光谱的非相干范围延伸到X射线频率范围，由相当宽的峰组成，这是由加速度引起的。
2008-05-07 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Energy-chirp compensation in laser wakefield accelerators
激光尾波场加速器中的能量扩散主要受到注入和加速过程中引入的能量啁啾的限制。在这里，我们提出并证明了使用纵向密度剪裁，以适应加速领域，并减少啁啾在年底的加速器。三维PIC模拟支持的实验数据表明，宽带电子束可以转换为准单能束的能量分布小于10%，同时保持超过120 pC的高电荷。在尾流场加速的线性和准线性区域中，该方法可以提供甚至更低的、低于百分之一水平的能量扩展。
2018-06-08 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Injection induced by coaxial laser interference in laser wakefield accelerators
提出了一种利用同轴激光脉冲干涉产生高质量光束的新注入方案。在该方案中，相对松散聚焦的激光脉冲驱动等离子体尾场，并且具有相似强度的紧密聚焦的激光脉冲触发干涉环图案，该干涉环图案在等离子体尾场中产生洋葱状的多鞘层。由于紧聚焦激光的聚焦位置后波前曲率的变化，尾流场的最内层鞘层膨胀，这减慢了尾流场的有效相速度并触发等离子体电子的注入。粒子在细胞模拟表明，高品质的电子束具有低的能量扩散（每轧机几个），高电荷（百皮库仑）和小发射度（亚毫米毫弧度），同时可以产生适当选择的两个激光器之间的相位差使用适度的激光参数。
2022-05-24 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Synchrotron radiation from a curved plasma channel laser wakefield accelerator
在弯曲的等离子体通道中引导的激光脉冲可以激发尾场，该尾场使电子沿着拱形轨迹转向。当电子沿着弯曲的通道加速时，它们发射出同步辐射。我们提出了简单的分析模型和模拟研究激光脉冲引导，尾场产生，电子转向，和同步辐射在弯曲的等离子体通道。对于实验上可实现的参数，~ 2GeV的电子每厘米发射0.1个光子，平均光子能量为多个keV。
2016-11-02 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Experimental Observation of Motion of Ions in a Resonantly Driven Plasma Wakefield Accelerator
实验证实等离子体尾场加速器中离子运动效应与离子质量成反比，由有质动力驱动，并随尾场振幅变化，表现为束团尾部。
2025-02-27 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Longitudinal Laser Shaping in Laser Wakefield Accelerators
本文研究了激光尾流场加速器中激光与等离子体相互作用过程中尾流激发的能量学。我们发现，尾流振幅和加速效率（Transformer比）可以通过适当的驱动激光脉冲的纵向轮廓的形状最大化。在激光与等离子体相互作用的非线性区域，导出了相应的激光脉冲族。这样的形状通过允许激光脉冲内的均匀光子减速而提供尾流场的大小和效率的理论上限。我们还构建了现实的最佳脉冲形状，可以产生在有限带宽的激光系统。
2000-08-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Acceleration rate enhancement by negative plasma density gradient in multi-bunch driven plasma wakefield accelerator
本文提出在多束驱动的等离子体尾场加速器中引入负等离子体密度梯度，通过仅调节驱动束与波的相对相位并保持波相位稳定，从而在有限长度内提升被加速束的能量增益。
2024-11-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Downramp-assisted underdense photocathode electron bunch generation in plasma wakefield accelerators
结果表明，高质量的电子聚束的产生和捕获的要求，从欠密度光阴极在等离子体尾场加速器可以大大放宽通过本地化它的等离子体密度下降。这降低了加速电场的相速度，直到所产生的电子同相，从而允许在浅俘获电势中俘获。因此，低密度光阴极技术可应用于更多数量的加速器设施。此外，有效地抑制了暗电流的产生。
2014-12-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Stable and high quality electron beams from staged laser and plasma wakefield accelerators
本文介绍了用激光尾场加速器（LWFA）强流电子束驱动等离子体尾场加速器（PWFA）的实验结果。在此阶段设置稳定和高质量（低发散和低能量扩散）的电子束产生在PWFA中的光学产生的流体动力学冲击。在PWFA阶段的安排所产生的光束的能量稳定性是可比的单级激光加速器和等离子体尾场加速器驱动的传统加速器。模拟支持的PWFA驱动器的能量波动的固有的不敏感性，可以利用，以克服稳定性的限制，最先进的激光尾场加速器时，添加一个PWFA阶段。此外，我们证明了产生的电子束的能量扩展和发散优于单级LW-FA，导致在束与密集的相空间和角谱电荷密度超出初始驱动光束参数。这些结果清楚地表明，分级LWFA-PWFA可以帮助定制电子束质量的某些应用，并减少波动的激光驱动器对电子束稳定性的影响。这鼓励进一步发展这种新型的分级尾场加速，作为一种可行的方案，走向紧凑，高质量的电子束源。
2022-06-01 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Convergence in nonlinear laser wakefield accelerators modeling in a Lorentz-boosted frame
激光尾流场加速建模使用洛伦兹提升框架技术的粒子在细胞的代码已经证明了数量级的加速。收敛性研究以前进行的情况下，外部注入的线性政权和非线性政权没有注入，所获得的结果表明收敛的百分比水平。本文对2-1/2维组态中的电子自注入模型进行了收敛性研究。据观察，洛伦兹提升框架技术是能够建模复杂的粒子动力学与显着的加速。这一结果对于缩短未来高精度$10\,\mathrm{GeV}$激光尾场加速器级链建模的计算时间是至关重要的。
2018-03-05 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Effects of the transversely nonuniform plasma density in a blowout regime of a plasma wakefield accelerator
本文基于等离子体电子弹道模型解析研究PWA吹离区横向密度梯度的影响，推导赝势与尾场解，发现其改变气泡形状、产生偶极尾场并使电磁中心偏移，但不会导致不稳定性。
2023-06-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Radiation Reaction in the Plasma-Based High-Energy Accelerators
在过去的几十年里，由于高功率激光器的进步以及高能粒子束和相对论粒子束的可用性，基于等离子体的加速器取得了巨大的进展。然而，在等离子体尾场中加速的电子（或正电子）受到辐射损失，这通常抑制了束的最终能量增益。本文用试验粒子方法研究了高能等离子体加速器中的辐射反应。详细研究了基于多级激光驱动等离子体尾场加速器和单级质子驱动等离子体尾场加速器的TeV对撞机。结果表明，离轴注入的见证光具有较高的轴向和横向场梯度，对加速粒子的阻尼力较大。质子驱动的等离子体尾场加速电子相比，在多级激光驱动的等离子体尾场加速器中加速的电子损失更少的能量。
2017-12-22 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Self-Adaptive Stabilization and Quality Boost for Electron Beams from All-Optical Plasma Wakefield Accelerators
University of Strathclyde（思克莱德大学）；Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学）；Heinrich Heine University Düsseldorf（杜塞尔多夫大学）；Cockcroft Institute（科克克罗夫特研究所）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；École Polytechnique（巴黎综合理工学院）；Helmholtz-Zentrum Dresden–Rossendorf（德累斯顿罗森多夫亥姆霍兹中心）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）
本文提出利用等离子体光阴极技术提升激光等离子体谐振加速器电子束质量，通过补偿波动实现更稳定的输出。
2025-07-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Radiative depolarization of high-energy electron beams in wakefield accelerators
Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf（杜塞尔多夫大学）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）
研究高能电子束在wakefield加速器中的辐射去偏极化效应，分析辐射效应如何影响束流偏极化，并探讨高能条件下束流与wakefield的对齐关系。
2026-05-19 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Wakefield regeneration in a resonantly driven plasma accelerator
针对等离子体加速器亮度受重复率和单次电荷量限制的问题，提出利用驱动束团列周期性加载尾场消除能量转移限制，通过AWAKE方案模拟验证，仅用部分驱动列实现加速电荷量翻倍以提升亮度。
2025-02-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
The self-injection threshold in self-guided laser wakefield accelerators
激光脉冲通过等离子体可以激发大振幅的等离子体波，可以用来在很短的距离内加速相对论电子束-一种称为激光尾波场加速的技术。许多尾流场加速实验依赖于破波或自注入的过程，将电子注入到波中，而其他注入技术则依赖于没有自注入的操作。我们提出了一个实验研究的参数，包括脉冲能量，焦斑质量和脉冲功率，决定是否尾场加速器将自注入。通过考虑自聚焦和脉冲压缩的过程，我们能够扩展先前描述的理论模型，其中捕获所需的最小气泡尺寸不是恒定的，而是随密度缓慢变化，并且与该模型非常一致。
2012-01-05 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Scissor-cross ionization injection in laser wakefield accelerators
本文提出在激光尾场加速器中，利用倍频脉冲与驱动脉冲成锐角碰撞来触发电离注入。该方案有效地缩短了喷油持续时间，从而获得了较高的喷油质量。三维粒子模拟结果表明，用~100 TW激光脉冲可以产生能量为~500 MeV、电荷为~40 pC、能散为~1%、归一化发射度为几毫米毫弧度的电子束。通过调节两个脉冲之间的角度、触发脉冲的强度和气体掺杂比，可以控制电子束的电荷和能量扩展。
2021-09-26 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Phase velocity and particle injection in a self-modulated proton-driven plasma wakefield accelerator
结果表明，等离子体波的相速度降低对自调制质子驱动等离子体尾场加速器（SM-PDPWA）的性能有很大影响。使用分析理论和粒子在细胞模拟，我们表明，减少是最大的自调制的线性阶段。当不稳定性非线性饱和时，相速度接近驱动器的相速度。尾流动力学对加速电子的最大能量增益的有害影响可以使用电子的侧注入或通过平滑等离子体密度梯度控制尾流的相速度来避免。
2011-07-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Quasi-stable injection channels in a wakefield accelerator
研究了初始位置对等离子体尾场中外部注入电子加速的影响。测试粒子模拟显示以前未观察到的复杂结构的参数空间中，与准稳定的注入通道形成的粒子注入在狭窄的区域远离尾流中心。注入这些通道的粒子在失相后在尾流中保持相当长的时间，因此获得比它们的邻居高得多的能量。该结果与利用外部注射的实验的规划和优化有关。
2016-05-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Compton recoil effects in staging of laser wakefield accelerators
能够产生>10 GeV电子束的激光等离子体加速器可能需要等离子体镜在每个加速器阶段结束时去除未耗尽的激光能量。在等离子体镜表面附近，电子聚束可以与反射光相互作用，导致逆康普顿散射。对于现实的条件下，我们表明，一个显着的一部分电子发射一个或多个光子，增加了电子束的能量扩散。我们提供了一个分析表达式计算这种效果，并使用它来估计等离子体镜前所需的最小漂移空间，以满足给定的能量扩散规格。缓解策略，必要的实现分百分比的能量扩散在多GeV激光尾场电子源，提出和探索。
2020-07-22 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Effect of beam emittance on self-modulation of long beams in plasma wakefield accelerators
初始束流发射度决定了由于等离子体中的束流自调制而可以达到的最大尾场幅度。完全自调制束流激发的尾场随束流发射度的增大而线性减小。存在初始发射度的值，超过该值，即使由强种子扰动引发不稳定性，自调制也不会发展。的发射度尺度，其中尾流场是两次抑制相对于零发射度的情况下（所谓的临界发射度）是由无法约束束粒子径向的激发波，并通过一个简单的公式与束和等离子体参数。束流发射度的影响可以在几个讨论的自调制实验中观察到。
2015-10-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High-throughput injection-acceleration of electron bunches from a linear accelerator to a laser wakefield accelerator
由强激光（激光尾场加速器，LWFAs）或粒子束（等离子体尾场加速器，PWFAs）驱动的基于等离子体的加速器（PBA）与传统的射频（RF）加速器相比，可以以极高的梯度加速带电粒子。在过去的二十年里，在这一领域取得了长足的进步，使PBA成为下一代光源和对撞机的候选者。然而，这些具有挑战性的应用必然要求光束具有良好的稳定性、高质量、可控的偏振和优异的再现性。迄今为止，此类光束仅由传统的RF加速器产生。因此，重要的是要证明注入和加速的光束首先使用传统的RF加速器，由PBA。在最近的一些关于PWFA中LWFA分级和外部注入加速的研究中，只有很小一部分（从低于0.1%到几个百分比）的注入电荷（耦合效率）被加速。对于未来的对撞机，其中束能量将需要使用多个阶段来提升，每个阶段的耦合效率必须接近100%。在这里，我们报告的第一个演示外部注入从一个基于光电阴极RF枪的传统直线加速器（LINAC）到LWFA和随后的加速没有任何重大损失的电荷或质量下降，这是通过适当的成形和匹配的束到等离子体结构。这是实现高通量、多级、高能量、混合型常规等离子体加速器的重要一步。
2020-05-01 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Plasma Wakefield Accelerator Research 2019 - 2040: A community-driven UK roadmap compiled by the Plasma Wakefield Accelerator Steering Committee (PWASC)
在激光或光束驱动的等离子体尾场加速器中产生的加速度梯度通常比传统加速器产生的加速度梯度大三个数量级，因此等离子体加速器可以开辟新一代非常紧凑的机器的路线。此外，基于等离子体的加速器可以产生具有独特特性的光束，例如数十千安培的峰值电流，阿秒聚束持续时间，超高亮度和固有的粒子束-激光脉冲同步。在这份路线图中，我们回顾了英国等离子体加速器研究的现状。我们概述了潜在的应用，描述了研究和开发所需的，使这些应用程序，并讨论与相关领域的研究协同作用。我们还列出了实现这些目标所需的资源，并为关键领域的进展提供了时间轴。
2019-04-19 physics.acc-ph physics.app-ph physics.optics
On Resonant Multi-Bunch Wakefield Effects in Linear Accelerators with Dipole Mode Detuning
在这份报告中，我们探讨共振多聚束，横向尾场效应的直线加速器中的加速器结构的偶极模式已失谐。
2001-01-27 physics.acc-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
Two-Dimensional Nonlinear Regime in the Plasma Wakefield Accelerator
研究了非线性效应对相对论圆柱形带电聚束团激发等离子体尾波的影响。结果表明，由于非线性，尾波的振幅在纵向上得到调制。激发光场的非线性波长在横向上发生变化，导致相位波前畸变，产生湍流。非线性相位波前畸变可以通过未扰动等离子体密度的径向变化来补偿。
1999-04-08 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Analytical Solution to Electron Beam Envelope Evolution in a Plasma Wakefield
束流诱导电离注入（B-III）是一种将密度分布可控的电子束注入等离子体尾场加速器（PWFA）的方法。这个过程是由不匹配的驱动光束的场发起的，其中切片包络达到其最小值，即“夹持”。为了控制注入光束的质量，研究光束切片包络振荡，特别是箍缩的大小和位置至关重要。在这一过程中，提出了一个基于谐波运动的分析方法，以寻求非线性区域中光束切片包络演化的解析解。然后，通过应用横向能量守恒，找到箍缩的大小。所得的解析表达式与数值解吻合良好。
2021-06-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Wakefield-Dressed Relativistic Vortex Electrons in Plasma Accelerators
Chinese Academy of Sciences（中国科学院）
该研究发现等离子体尾场可作为移动量子结构支持相对论涡旋电子态，推导了相关电子旋量本征态，分析了波包与扰动，为高能涡旋电子制备及相对论粒子量子态控制提供了新途径。
2026-08-31 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High quality beam produced by tightly focused laser driven wakefield accelerators
提出利用紧聚焦激光在焦点后扩张引发尾波场空泡膨胀和电子注入，并通过最佳加速距离抑制啁啾，模拟获得纳库仑级、约1%能散的高品质电子束。
2023-04-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Energy Depletion and Re-Acceleration of Driver Electrons in a Plasma-Wakefield Accelerator
本文首次明确观测到等离子体尾场加速器中驱动电子的再加速现象，并测得驱动器将57%能量沉积于195毫米等离子体，结合其他效率表明其总能量转移效率可达到或超越传统加速器。
2024-07-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Phase-dependent bubble hosing and resonant amplification of betatron oscillation in few-cycle laser wakefield accelerator
本研究通过PIC模拟与理论分析，揭示了少周期激光尾场加速器中气泡呼吸效应引发电子束感应加速振荡参数放大、导致束质量下降的机制，为长尺度激光尾场加速研究提供了关键参考。
2024-08-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
The ion motion in self-modulated plasma wakefield accelerators
研究了自调制等离子体加速器中等离子体离子运动的影响。一个分析模型描述离子运动在窄束限制的发展，并通过多维粒子模拟确认。结果表明，离子运动可以导致自调制不稳定性的早期饱和，并抑制加速梯度。这可以减少可以转化为加速粒子的动能的总能量。对于未来质子驱动等离子体加速器实验的参数，离子动力学会产生很大的影响。可能的方法，以减轻在未来的实验中的离子运动的影响进行了论证。
2012-08-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
The Effect of Laser Focusing Conditions on Propagation and Monoenergetic Electron Production in Laser Wakefield Accelerators
用实验和粒子模拟方法研究了激光尾场加速器中激光聚焦条件对相对论等离子体波演化的影响。对于短焦距（$w_0 < λ_p$）相互作用，光束分裂阻止脉冲的稳定传播。高场梯度导致电子的非局部相位注入，从而导致宽的能量扩展束。然而，对于长焦距几何形状（$w_0 > λ_p$），单个光学细丝可以捕获大部分激光能量，并且即使对于这些短脉冲（$cτ\approx λ_p$），也可以在与失相长度相当的距离上自引导。这使得尾流场演变成正确的形状，以产生单能电子聚束，正如实验中所测量的那样。
2007-01-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Nonlinear Inverse Compton Scattering from a Laser Wakefield Accelerator and Plasma Mirror
我们用250 MeV激光尾场电子加速器和等离子体反射镜通过逆反射未使用的驱动激光从加速的电子散射来产生线性和非线性机制的逆康普顿散射X射线。我们使用CsI（Tl）体素化闪烁体来表征X射线，该闪烁体测量它们的总能量和发散度作为从加速器出口到等离子体镜距离的函数。在每个等离子体镜位置处，这些X射线性质与驱动加速器之后的激光脉冲的测量的通量和推断的强度相关，以确定激光强度参数$a_0$。结果表明，ICS X射线产生在$a_0$范围从$0.3\pm0.1$到$1.65\pm0.25$，并超过共传播韧致辐射和电子感应加速器X射线的强度至少10倍，在整个$a_0$的范围。
2021-06-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Energy boost in laser wakefield accelerators using sharp density transitions
激光尾流场加速器中的能量增益受到驱动激光脉冲与尾流中高度相对论性电子之间的退相的限制。由于该相位取决于驱动器和腔长度，因此可以通过沿传播适当调整等离子体密度来减轻失相的影响。先前的研究已经讨论了线性尾场区连续锁相的前景。然而，大多数实验都是在高度非线性的状态下进行的，并且依赖于激光脉冲的自导引。由于驱动器演变的复杂性，在这种情况下，实现相位锁定要困难得多。作为一种替代方案，我们研究的情况下，快速重定相在急剧的密度转变，最近实验证明。从唯象模型出发，我们推导出在这种密度分布的电子能量增益的表达式。结果是根据粒子在细胞中的模拟，我们提出了单级和多级的重定相的增益估计。
2015-12-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Emittance Growth in a Plasma Wakefield Accelerator
研究了见证光束与周围等离子体粒子和尾场的相互作用。讨论了弹性散射过程对束流发射度的影响以及在等离子体尾场聚焦和加速作用下束流发射度的演化。本文给出了GEANT4的仿真结果。
2015-05-11 physics.acc-ph
Restoring betatron phase coherence in a beam-loaded laser-wakefield accelerator
激光尾波场加速中的匹配束流加载，表征了加速电场沿束团的平坦状态，导致在高束团电荷时能量扩展最小化。在这里，我们证明了通过独立控制注入的电荷和加速度梯度，使用自截断电离注入方案，最小的能量扩散与归一化光束发散度的减少相一致。同时确认一个恒定的光束半径在等离子体出口处，推导出电子感应加速器辐射光谱，我们将这种效果的减少彩色电子感应加速器退相干。因此，束加载LWFA能够实现最高的纵向和横向相空间密度。
2021-06-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
All-optical density downramp injection in electron-driven plasma wakefield accelerators
等离子体尾场加速器的一个关键问题是如何将高质量的电子注入等离子体波中。在这里，我们报告的第一个实验演示的等离子体密度下降斜坡注入的电子驱动的等离子体尾场加速器，它可以控制和调整的mJ级激光脉冲的全光学方式。激光脉冲在其到达之前被引导穿过等离子体波的路径，在该路径处，激光脉冲除了通过高电离阈值气体成分的隧穿电离产生背景等离子体之外还产生局部等离子体密度尖峰。该密度尖峰在密度下降斜坡期间使等离子体波失真，导致等离子体电子被注入到等离子体波中。通过调整激光脉冲能量和形状，可以设计高度灵活的等离子体密度尖峰分布，从而实现无暗电流的多功能高质量电子束的产生。这又允许产生独特的注入光束配置，例如反向振荡的双光束。
2020-07-24 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Sub-femtosecond wakefield injector and accelerator based on an undulating plasma bubble controlled by a laser phase
我们证明了一个长传播的等离子体气泡执行波动运动可以产生在两个共同传播的激光脉冲：一个近单周期的注入器和多周期的驱动器。当波动幅度超过解析推导的阈值时，等离子体电子高度局部化地注入气泡中，随后是它们的长距离加速。当注入区的位置由注入脉冲的载波包络相位（CEP）控制时，加速亚飞秒高电荷电子束团的单能谱几乎与CEP无关
2021-04-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Flat beam plasma wakefield accelerator
针对高能对撞机相互作用点的高不对称发射度比粒子束流，研究其驱动等离子体尾场的椭圆特性，推导匹配条件并给出AWA、FACET装置的应用示例。
2023-05-03 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Efficient Acceleration of High-Quality GeV-Electron Bunches in a Hybrid Laser- and Beam-Driven Plasma Wakefield Accelerator
Ludwig–Maximilians–Universität München（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学）；Heinrich Heine Universität Düsseldorf（杜塞尔多夫海因里希·海涅大学）；Laboratoire d’Optique Appliquée (LOA), CNRS, École polytechnique, ENSTA, Institut Polytechnique de Paris（巴黎理工学院应用光学实验室（LOA），法国国家科学研究中心，巴黎综合理工学院）；Max Planck Institut für Quantenoptik（马克斯·普朗克量子光学研究所）；University of Strathclyde（思克莱德大学）；Helmholtz-Zentrum Dresden–Rossendorf（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心）
该研究通过混合激光与束驱动等离子体wakefield加速器，实现了高效率的能量传输，显著提升了驱动束到见证束的能量转换效率。
2026-02-27 physics.acc-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
High quality electron beam generation in a proton-driven hollow plasma wakefield accelerator
质子驱动的等离子体尾场加速器的模拟表明，与传统的加速器相比，质子驱动的等离子体尾场加速器具有更高的加速梯度，并且在单个等离子体阶段中将电子加速到能量前沿的可行性。然而，由于强内禀横向场的径向和时间变化，证明光束质量仍然远远不适合在未来的对撞机的实际应用。在这里，我们证明了有效的加速电子在质子驱动的尾场在一个中空的等离子体通道。在这种情况下，见证聚束位于具有强加速场的区域中，不受等离子体电子和离子的影响。我们表明，携带约10%的1 TeV的质子驱动电荷的电子束可以加速到0.6 TeV，保持归一化发射度在一个单一的通道的700米。这种高质量和高电荷束可能为未来基于等离子体的能量前沿对撞机的发展铺平道路。
2017-10-10 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Influence of ion motion in a resonantly driven wakefield accelerator
Max Planck Institute for Plasma Physics（马克斯·普朗克等离子体物理研究所）；Max Planck Institute for Physics（马克斯·普朗克物理研究所）；CERN（欧洲核子研究组织）
本研究通过模拟揭示了等离子体行波加速器中离子运动对束自调制发展的影响，发现共振损失和相混两种效应共同抑制行波场激发。
2025-12-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Multi-Pulse Laser Wakefield Acceleration: A New Route to Efficient, High-Repetition-Rate Plasma Accelerators and High Flux Radiation Sources
激光驱动的等离子体加速器可以产生比射频加速器大三个数量级的加速梯度，并且在厘米长的级中实现了超过1 GeV的束能量。然而，等离子体加速器的脉冲重复率和壁插效率受到驱动激光的限制，分别小于约1 Hz和0.1%。在这里，我们调查的前景激发等离子体波与列车的低能量激光脉冲，而不是一个单一的高能量脉冲。以这种方式共振激发尾流场将使得能够使用不同的技术，例如光纤或薄盘激光器，其能够以数千赫兹的脉冲重复率操作，并且壁插效率比当前激光系统高两个数量级。我们概述了高效的，GeV级，10 kHz等离子体加速器的参数，并表明它们可以驱动紧凑的X射线源，其平均光子通量与第三代光源相当，但具有显着提高的时间分辨率。同样地，自由电子激光操作可以以可比的峰值功率驱动，但具有比现存的自由电子激光大得多的重复率。
2014-01-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High-Quality Electron Beams from Beam-Driven Plasma Accelerators by Wakefield-Induced Ionization Injection
我们提出了一种新的和简单的策略，用于在束流驱动等离子体加速器中控制电离诱导的电子捕获。所提出的方法直接利用电尾场从掺杂剂气体中捕获电子，并将它们捕获到加速和聚焦尾相的明确定义的体积中，从而产生高质量的无源聚束。这种注入原理解释的三维粒子在细胞（PIC）的计算使用代码OSIRIS的例子。在这些模拟中，高电流密度的电子束驱动器激发等离子体波在吹出制度内的完全电离的氢等离子体的密度$5\times10^{17} \mathrm{cm^{-3}}$。在被中性氦气污染的嵌入式$100 \mathrm{μm}$长等离子体柱内，尾流场触发电离，捕获限定比例的释放电子，并随后加速。由此产生的电子束具有$1.5 \mathrm{kA}$峰值电流、$1.5 \mathrm{μm}$横向归一化发射度、在GeV能量尺度上0.3%的不相关能量扩展和几个飞秒聚束长度。
2015-06-06 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Automation and control of laser wakefield accelerators using Bayesian optimisation
激光韦克菲尔德加速器有望彻底改变加速器科学的许多领域。然而，其广泛采用的最大挑战之一是由于输入参数和加速结构的动态演变之间的耦合而难以控制和优化加速器输出。在这里，我们使用机器学习技术来自动化100 MeV规模的加速器，该加速器通过同时改变多达6个参数来优化其输出，包括激光的光谱和空间相位以及等离子体密度和长度。最值得注意的是，该算法建立的模型能够优化激光演化，否则可能会在单变量扫描中错过。激光脉冲形状的细微调整导致电子束电荷增加80%，尽管脉冲长度仅改变1%。
2020-11-26 physics.acc-ph physics.plasm-ph
