High-quality GeV-scale electron bunches with the Resonant Multi-Pulse Ionization Injection
最近提出了一种新的激光尾流场加速注入方案，采用一个100 TW级的激光系统。在共振多脉冲电离注入（ReMPI）中，脉冲的共振训练驱动大振幅等离子体波，该等离子体波通过进一步电离高Z掺杂剂（本文中为氩）来捕获从等离子体提取的电子。虽然驱动训练的脉冲具有低于掺杂剂电离阈值的强度，但是适当延迟和倍频（或更多）的电离脉冲具有足够大的电场以提取电子，尽管其归一化幅度远低于1。在本文中，我们将报告的数值模拟结果，旨在生成GeV级聚束的归一化发射度和{\it rms}能量低于$80\, nm \times rad $和$0.5\, \%$，分别。分析考虑自由电子激光性能的$1.3\, GeV$束也将报告。
2018-02-27 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Polarization control of electron injection and acceleration in the plasma by a self steepening laser pulse
我们描述了两个注入机制的背景电子到一个不断发展的等离子体气泡背后的强激光脉冲之间的相互作用：一个是由于整体气泡膨胀，另一个是由于其周期性波动。当强激光脉冲在等离子体中传播形成冲击波时，这两种机制同时发生。等离子体泡沿激光传播路径的周期性波动可以抑制或协同由于气泡膨胀的电子注入。研究表明，自陡激光脉冲诱导的载波包络相位（CEP）控制的等离子体泡起伏产生了一种独特的电子注入器：膨胀相位控制的起伏泡（EPUB）。由EPUB注入的电子束团的纵向结构可以通过激光偏振和功率来控制，从而产生具有超短（飞秒尺度）时间结构的高电荷（多个纳米库仑）高电流（数十千安培）电子束。分析了EPUB产生的高能电子感应加速器辐射的一个很有前途的应用，它具有偏振和CEP控制的能谱和角分布。
2022-10-09 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
Spin-polarized electron beam generation in the colliding-pulse injection scheme
本研究通过多类模拟与理论分析，建立碰撞脉冲注入方案下自旋极化电子束产生的理论框架，证实该方案可利用商用10-TW级激光产生高极化率、准单能的高品质电子束。
2023-10-05 physics.acc-ph physics.app-ph physics.plasm-ph
Two-chamber gas target for laser-plasma accelerator electron source
本文提出一种连续气流双腔气体靶原型，结合数值流体建模与测试台评估等离子体密度分布和部件寿命，以提升激光尾波场加速器重复频率与电子束稳定性。
2023-09-21 physics.acc-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Electron self-injection threshold for the tandem-pulse laser wakefield accelerator
可控注入方案是产生高质量激光驱动电子束和X射线的关键。自注入是导致高电流和峰值能量的最直接的方案，但是易受激光参数和目标特性的变化的影响。在这项工作中，改进的控制电子自注入的非线性腔制度，使用两个激光脉冲在串联传播的影响。特别是在注入阈值，电子能量和束流特性方面的串联脉冲方案的优势，在一个制度相关的电子感应加速器辐射证明。此外，它表明，电子自注入的激光功率阈值可以减少到一个因素的两个相比，标准的，单脉冲尾场计划。
2019-11-28 physics.plasm-ph
Characterization of ionization injection in gas mixtures irradiated by sub-petawatt class laser pulses
利用平衡方程和粒子模拟方法，分析了低Z和高Z混合气体中的电离注入对激光尾流场电子加速的影响，通过测试探针粒子在真实等离子体场中的运动轨迹和电离过程中电荷加载的直接模拟，得到了电离注入对激光尾流场电子加速的影响。结果表明，光电离后出现在激光脉冲场最大值处的电子被捕获在激光脉冲尾流的第一桶中。激光脉冲前沿光场电离产生的电子向后传播，部分电子被捕获在第二、第三等桶中，电离注入效率不高，只有几pC/mm/桶。在较低的等离子体密度和较窄的激光脉冲强度范围内，这种注入变得与破波注入具有竞争力。
2019-11-15 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
Quasimonoenergetic electron beams produced by colliding cross-polarized laser pulses in underdense plasmas
两个激光脉冲在欠密等离子体中的相互作用已被证明能够在等离子体波中注入电子，从而提供稳定且可调谐的电子源。而以前的工作集中在“拍波”的注射计划，其中两个激光器具有相同的偏振在等离子体中碰撞，这封信研究的偏振效应，更具体地说，两个碰撞交叉偏振激光脉冲的相互作用。理论和实验表明，电子也可以被预加速和注入的随机加热发生在碰撞的两个交叉偏振激光，从而，一个新的制度的光学注入演示。研究发现，在较高的激光强度下，发生交叉偏振激光注入。
2008-09-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
The REsonant Multi-Pulse Ionization injection
激光尾流场加速中高质量电子束团的产生依赖于在等离子体波中注入超低发射度电子束团的可能性。在本文中，我们提出了一种新的聚束注入方案，在该方案中，电离提取的电子被捕获的大振幅等离子体波驱动的训练的共振超短脉冲。在共振多脉冲电离（REMPI）注入方案中，单个超短（例如Ti：Sa）激光系统脉冲的主要部分在时间上成形为共振子脉冲序列，而小部分充当电离脉冲。模拟结果表明，用一台100 TW级的Ti：Sa激光系统可以获得高质量的电子聚束，其归一化发射度可低至$0.08$ mm $\times$ mrad，能量扩展可低至$0.65\%$.
2017-08-16 physics.plasm-ph
Two-Pulse Ionization Injection into Quasi-Linear Laser Wakefields
我们描述了一种用于控制电子注入到由引导驱动脉冲驱动的准线性尾场的方案，该方案通过具有短瑞利范围的共线注入激光脉冲电离掺杂剂物种。该方案通过粒子模拟进行了分析，结果显示电子的受控注入和加速达到370 MeV的能量，相对能量扩展为2%，归一化横向发射度为3.0 μm。这是原始APS论文的arXiv版本。它应该被引用为N。Bourgeois，J. Cowley，and S. M. Hooker，Phys. Rev. Lett. 111，155004（2013）。APS链接：http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.111.155004
2013-11-04 physics.plasm-ph
Simulation of the Space-Charge-Limited Current Density for Time-Variant Pulsed Injection
Faculty of Physics and Electronic Science, Hubei University（湖北大学物理科学与电子科学学院）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）
本文通过粒子-网格模拟研究了时间变异性注入下空间电荷限制电流密度，探讨了短脉冲条件下传输增强的机制。
2026-02-10 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Coherent ultra-broadband laser-assisted injection radiation from a laser plasma accelerator
在激光尾场加速器（LWFA）中注入电子，观察到强烈的相干超宽带超短脉冲辐射闪光，这与电子在< ~ 1 $μ$ m距离内从静止加速到接近光速的过程相一致。闪光是足够明亮的诱导光学材料的大的非线性折射率的变化，我们估计一个源的亮度温度为~ $10^{18}$ K。我们目前的闪光光谱，相干性，脉冲持续时间，偏振和角分布的测量，提供一个详细的图片在LWFA的电子注入动力学。这些是离轴电子的激光辅助注入的特征，其保留了尾流相干性。
2018-09-29 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Modelling of pulse train generation for resonant laser wakefield acceleration using a delay mask
提出了一种适用于共振多脉冲电离注入的由单个高能超短脉冲产生训练脉冲串的新方法。该方法基于脉冲的不同横向部分被“掩模”延迟，该掩模被分成具有不同厚度的同心区域，以便传递多个激光脉冲。掩模被放置在最后一个聚焦抛物线之前。掩模中间的一个孔允许原始脉冲的一部分通过以驱动电子注入。本文提出了一个完整的数值模拟这种计划。特别是，我们讨论了从掩模出现的脉冲的空间和时间分布，以及它们如何与每个部分的半径和厚度相关。
2018-02-02 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High charge plasma electron bunches from two collinear laser pulses
采用三维粒子模拟方法研究了激光尾流场加速器的前向光注入方案。可以产生短至6 fs的准单能百pC电子聚束。最佳束分离距离被发现在交叉点处的注入束泡与收集体积横向注入到加速器束泡。它近似对应于等离子体波长。该方案的主要优点是局部注入高电荷。该注入机构可用于诸如超短和相对强的X射线辐射源（诸如电子感应加速器辐射或汤姆逊反向散射、时间分辨电子衍射）的应用或用于进一步加速级的播种。
2019-04-05 physics.plasm-ph
Mapping charge capture and acceleration in a plasma wakefield of a proton bunch using variable emittance electron beam injection
在AWAKE第一次实验运行的第二阶段（2018年5月至11月）中，使用电子束探测和测试铷等离子体柱中的质子驱动尾场加速。在这项工作中，我们分析了整体的电荷捕获和拍摄到拍摄的再现性质子驱动等离子体尾场加速器与各种电子束注入参数。见证电子束的产生使用的RF枪配备了Cs2Te光阴极照射的可剪裁的超快深紫外（UV）激光脉冲。UV束光学系统的构造使得能够适当的横向束成形和控制其脉冲持续时间、大小和在光阴极上的位置，以及相对于在质子束中播种等离子体尾场的电离激光脉冲的时间延迟。可变光电阴极照明提供了所需的灵活性，以产生具有可变电荷、发射度和注入等离子体柱的轨迹的电子聚束。我们证明了电荷捕获率超过15%（40 pC的GeV加速电荷为385 pC注入电子束）在优化的电子注入条件下。
2022-06-28 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
All-optical GeV electron bunch generation in a laser-plasma accelerator via truncated-channel injection
提出截断通道注入方案，利用全光等离子体通道引导驱动脉冲产生无暗电流的高质量GeV电子束，并通过实验和模拟验证了其有效性及进一步提升能量的潜力。
2024-01-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Low transverse emittance electron bunches from two-color laser-ionization injection
提出了一种在激光等离子体加速器中利用双色激光脉冲产生低发射度电子束团的方法。使用两区域气体结构，其包含高Z气体的短区域（例如，氪）进行电离注入，然后是较长区域的低Z气体进行后加速。长激光波长（例如，5微米）的泵浦脉冲激发等离子体尾流，而不会由于低电场而触发高Z气体的内壳层电子电离。短激光波长（例如，0.4位于尾流的捕获阶段的50微米）的注入脉冲电离高Z气体的内壳层电子，导致电离诱导的捕获。与单脉冲电离注入相比，该方案提供了一个数量级更小的剩余横向动量的电子聚束，这是由于较小的矢量势振幅的注入脉冲。
2013-05-17 physics.plasm-ph
Plasma Injection Schemes for Laser-Plasma Accelerators
在激光等离子体加速器中，等离子体注入方案是产生高质量电子束的关键。本文介绍了等离子体注入的一般概念。首先，介绍了等离子体波中粒子捕获和加速的哈密顿模型，在此哈密顿模型的框架下描述了电离注入和碰撞脉冲注入。然后，我们继续考虑注入等离子体密度梯度。
2017-05-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Electron acceleration by colliding laser beams in plasmas
最近已经实现了激光尾流场中电子的全光学受控注入和加速（Faure等人，Nature v.444p.737，2006）。使用具有与主脉冲相同偏振的第二反向传播激光脉冲进行注入。在该方案中，在脉冲之间的碰撞期间形成的干涉图案使电子预加速，然后电子被捕获在尾流场中。这里提出了一个新的粒子在细胞代码进行这个过程的数值模拟。结果表明注入机制的性质，并解释实验发现的一些显着的功能，如依赖的光束能量与碰撞位置和减少的电荷在高能量。模拟很好地再现了实验观测的主要特征。
2007-03-02 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Sub-femtosecond electron bunches created by direct laser acceleration in a laser wakefield accelerator with ionization injection
在这项工作中，我们将通过三维粒子模拟显示，激光尾场加速器中的激光直接加速可以产生亚飞秒电子聚束。用两个激光脉冲持续时间进行两个模拟，使得最短的激光脉冲仅占据第一气泡的一部分，而较长的脉冲填充整个第一气泡。在后一种情况下，当被捕获的电子向前移动并与激光脉冲的高强度区域相互作用时，自然发生微聚束，产生0.5 fs的电子聚束。这在短脉冲模拟中没有观察到。
2015-02-26 physics.plasm-ph
Ponderomotive scattering of an electron-bunch before injection into a laser wakefield
为了激光尾流场加速的目的，事实证明，比等离子体波长长的电子聚束的注入也可以产生具有相对低的能量扩展的加速的飞秒聚束。这是非常令人感兴趣的，因为可以提供这样的注入聚束，例如，最先进的光电阴极射频枪在这里，我们指出，当电子束团注入尾流场中，重要的是要考虑的有质动力散射的注入聚束的激光脉冲在真空区位于前面的等离子体。在注入的聚束的低能量下，这种散射导致收集效率的显著下降。通过较低强度的激光脉冲和相对高的注入能量可以达到较大的收集效率。我们还估算了注入电子的最小俘获能和俘获束团的长度。
2006-07-07 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Plasma wake inhibition at the collision of two laser pulses in an underdense plasma
文献[1]和[2]提出了一种用于激光等离子体加速器的电子注入器概念，它依赖于使用反向传播的超短激光脉冲。在文献[2]中，方案是这样的：泵浦激光脉冲产生一个大振幅的激光尾波场（等离子体波）。反向传播的注入脉冲与泵浦激光脉冲干涉以产生拍频波图案。拍波的有质动力能够将等离子体电子注入尾流场中。我们已经研究了这种注入方案，使用1D粒子在细胞（PIC）模拟。模拟揭示了以前模型中没有考虑到的现象和重要的物理过程。特别地，在激光脉冲的碰撞处，大多数等离子体电子被捕获在拍频波图案中，并且不能有助于支持等离子体波的集体振荡。在这一点上，流体近似失败，等离子体尾流被强烈抑制。因此，注入的电荷减少了一个数量级相比，从以前的模型的预测。
2007-03-05 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Injection and Acceleration of Electrons by Radially Polarized Laser Pulses in a Plasma Channel
University of York（约克大学）
研究通过三维粒子-网格模拟发现，径向极化激光束能显著提高等离子体通道中电子的注入和加速效率，尤其在聚焦几何和极化效应方面具有优势。
2025-12-01 physics.plasm-ph
Generation of attosecond electron bunches and X-ray pulses from few-cycle femtosecond laser pulses
激光等离子体电子加速器可以用来产生高强度的X射线，因为在尾流场中加速的电子由于电子感应加速器振荡而发出辐射。这种X射线源继承了电子束的特征;亚飞秒电子束团产生相同持续时间的电子感应加速器源，这反过来又允许在超短时间尺度上探测物质。在本文中，我们表明，通过Particle-in-Cell模拟，阿秒电子聚束可以获得使用低能量，超短激光束在自注入和受控注入制度在低等离子体密度。然而，只有在受控制度的电子注入导致一个稳定的，孤立的阿秒电子聚束。这种超短电子束团能发射出高亮度的阿秒X射线暴
2020-12-11 physics.plasm-ph
Low emittance electron beam generation from a laser wakefield accelerator using two laser pulses with different wavelengths
利用多维粒子模拟方法研究了在长波长激光驱动的非线性尾流场中，短波长激光脉冲触发的电离注入。我们发现，非常明亮的电子束可以产生通过这种双色方案在共线传播或横向碰撞几何。对于固定的激光强度$I$，具有较长/较短波长$λ$的激光具有较大/较小的有质动力势（$\propto I λ^2$）。双色方案利用这一特性将注入过程与尾流场激发过程分离。通过使用较长波长的激光驱动器（例如，$10 \micro\meter$ CO $_2$激光器），由于其非常大的有质动力势，可以在相对低的激光强度下产生非常强的尾流。另一方面，短波长激光可以在尾流内部产生具有非常小的剩余动量（$p_\perp\sim a_0\sim \sqrt{I}λ$）的电子，导致具有非常小的归一化发射度（$\nano\meter$的数十）的电子束。使用粒子模拟，我们表明，一个$\sim10 \femto\second$电子束与$\sim4 \pico\coulomb$的电荷和$\sim 50 \nano\meter$的归一化发射率，可以通过结合一个10 $\micro\meter $驱动激光与400 $\nano\meter$注入激光，这是一个以上的数量级的改进时，获得的典型结果相比，一个单一的波长的激光用于尾迹形成和电离注入。
2014-02-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Dynamics of cold pulses induced by super-sonic molecular beam injection in the EAST tokamak
研究了EAST装置中超声分子束注入（SMBI）引起的欧姆等离子体中冷脉冲传输过程中电子温度、电子密度及其涨落的高时空分辨率演化规律。非局部热传输发生的放电等离子体电流$I_p$ =450 kA（$q_{95}\sim5.55$），和电子密度$n_{e0}$低于$(1.35\pm0.25)\times10^{19}~\mathrm{m^{-3}}$的临界值。与核电子温度和电子密度的响应（SMBI后约10 ms）相反，SMBI后等离子体核中的电子密度波动迅速增大，并在SMBI后约15 ms达到最大值。等离子体核心中的电子密度波动在核心电子温度达到其最大值（大约30 ms）之前开始减小。同时还观察到，SMBI后，温度扰动反转点附近的湍流垂直速度发生了符号变化。
2018-10-12 physics.plasm-ph
Method for estimating charge breeder ECR ion source plasma parameters with short pulse 1+ injection
本文提出了一种由电荷增殖电子回旋共振离子源（CB-ECRIS）短脉冲注入~（1+）产生的束流瞬态确定等离子体参数的新方法。所提出的方法依赖于很少的假设，并产生电离时间$1/n_e\left\langleσv\right\rangle^{\text{inz}}_{q\to q+1}$，电荷交换时间$1/n_0\left\langleσv\right\rangle^{\text{cx}}_{q\to q-1}$，离子约束时间$τ^q$，以及等离子体能量含量$n_e\left\langle E_e\right\rangle$和等离子体三重产物$n_e \left\langle E_e\right\rangle τ^q$。该方法是基于拟合的电流平衡方程上提取的高电荷态离子的束流，并使用拟合系数，以确定postdictions等离子体参数通过优化例程。该方法已被应用于注入的KPDMATHABMR离子在氦等离子体中的电荷增殖。结果表明，K个$^{q+}$电荷态的限制时间随电荷态的增加而增加，从2.6 $^{+0.8}_{-0.4}$ ms到16.4 $^{+18.3}_{-6.8}$ ms。高电荷态离子的电离和电荷交换时间分别为2.6 $^{+0.5}_{-0.5}$ ms-12.6 $^{+2.6}_{-3.2}$ ms和3.7 $^{+5.0}_{-1.6}$ ms-357.7 $^{+4…
2021-03-05 physics.plasm-ph
Laser Pulse-Electron Beam Synergy: An Approach to Higher Electron Energy Gain in Laser Wakefield Accelerators
基于激光脉冲和电子束的共同作用，提出了尾场加速器中电子注入和加速的新方案。这种协同作用导致更强的尾流场生成和更高的能量增益中的气泡制度。在较低的激光功率和等离子体密度下，整个气泡的强烈变形导致电子自注入。为了预测电子束和激光脉冲参数的实际范围，提出了一个解释模型。研究了改变电子束初始位置对等离子体电子自陷的影响。在48 TW激光尾流场中，注入280 pC电子束，在减速阶段产生了高质量（25 fs）、高电荷量（340 pC）、1GeV的电子聚束。
2020-07-01 physics.plasm-ph
Radiation-dominated injection of positrons generated by the nonlinear Breit-Wheeler process into a plasma channel
本研究探讨通过非线性Breit-Wheeler过程在多PW激光与GeV电子束正交碰撞中产生正电子，并利用辐射反作用力实现其在等离子体通道中的注入与加速，为未来紧凑型对撞机提供新方案。
2023-09-08 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Wavefront-Guided Electron Injection for Direct Laser Acceleration in Relativistic Laser-Driven Plasma Channel
Tsinghua University（清华大学）；Northwest Institute of Nuclear Technology（西北核技术研究所）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）
研究相对论激光驱动等离子体通道中直接激光加速的电子注入，提出波前引导注入机制，解释其高电荷能力，为紧凑型DLA粒子与辐射源研发提供物理支撑
2026-08-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Enhanced betatron-radiation energy using two collinear laser pulses
本文提出了一种新的非线性（腔）区激光尾场加速器自注入方案，利用一对匹配的、同向传播的激光脉冲产生pC电子聚束。通过调整它们的相对延迟和强度，对于相同的总能量，与单脉冲方案相比，随后的电子感应加速器辐射能量可以显著地增强$(\times 3)$。一个新的最佳气泡尺寸的条件推导和验证的粒子在细胞模拟，展示了双脉冲计划的优势，自喷射。
2018-07-23 physics.plasm-ph
Guided mode evolution and ionization injection in meter-scale multi-GeV laser wakefield accelerators
本文研究米级低密度等离子体波导中激光尾波场加速器的最低阶模式拍频效应，揭示其驱动电离注入并产生多GeV准单能电子束，提出三阶段模型解释实验观测。
2023-09-18 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Effects of realistic laser intensity and phase distribution on high-charge laser wakefield acceleration
Peking University（北京大学）
本研究通过实验和模拟揭示了非理想激光脉冲对高电荷激光等离子体加速的影响，发现其注入效率与高斯脉冲存在显著差异。
2026-02-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Energy Bunching from Sub-Cycle Ionization Injection in Laser Wakefield Acceleration
本文首次实验观测到激光尾场加速中由载波包络相位驱动的能量聚束，利用少周期多太瓦激光在氦氮混合气体中电离注入产生多准单能峰，揭示了亚周期电离注入实现阿秒级控制与束流结构化的潜力。
2025-08-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Sub-femtosecond wakefield injector and accelerator based on an undulating plasma bubble controlled by a laser phase
我们证明了一个长传播的等离子体气泡执行波动运动可以产生在两个共同传播的激光脉冲：一个近单周期的注入器和多周期的驱动器。当波动幅度超过解析推导的阈值时，等离子体电子高度局部化地注入气泡中，随后是它们的长距离加速。当注入区的位置由注入脉冲的载波包络相位（CEP）控制时，加速亚飞秒高电荷电子束团的单能谱几乎与CEP无关
2021-04-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Ultra-low emittance beam generation using two-color ionization injection in a CO2 laser-driven plasma accelerator
超低发射度（几十纳米）的光束可以产生在等离子体加速器使用电离注入电子到尾场。一种产生光束的全光学方法使用两个不同颜色的激光脉冲。长波长驱动激光脉冲（具有大的有质动力和小的峰值电场）被用来激发大的尾流场而不完全电离气体，并且短波长注入激光脉冲（具有小的有质动力和大的峰值电场），相对于泵浦激光器共同传播和延迟，以在捕获的尾流阶段捕获一部分剩余的束缚电子，产生在尾流中加速的电子束。讨论了俘获条件、电离电子分布和俘获束团动力学。给出了与电离激光偏振方向平行和正交的光束横向发射度的表达式。示出了使用10微米的CO2激光器来驱动尾流和用于电离注入的倍频Ti：Al2O3激光器的示例。
2015-05-21 physics.plasm-ph
Simulation of the relativistic electron dynamics and acceleration in a linearly-chirped laser pulse
本文对啁啾脉冲激光加速单个电子的问题进行了理论研究，并对结果进行了讨论。脉冲的场由简单的平面波振荡和$\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
Electron Self-injection in Multidimensional Relativistic Plasma Wakefields
本文提出了一个在气泡区由短激光脉冲激发的非线性多维等离子体波或在井喷区由短电子束激发的非线性多维等离子体波中电子自注入的解析模型。在这种情况下，这是典型的电子加速在最后的实验中，激光辐射压力或电子束电荷推出背景等离子体电子形成一个等离子体腔-气泡-与一个巨大的离子电荷。等离子体电子可以被捕获在气泡中，并被等离子体尾场加速到非常高的能量。该模型预测了电子捕获的条件和捕获的截面的气泡半径和气泡速度。所得结果与三维粒子模拟结果吻合较好。
2009-05-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Colliding ionization injection in a beam driven plasma accelerator
通过二维粒子模拟研究了在束流驱动等离子体尾流中，由反向传播的激光脉冲触发电离注入产生高质量电子聚束的方案。它表明，使用这种技术获得的电子聚束可以有非常小的切片能量扩展，因为每个切片主要是由电子在同一时间电离。另一个显著的优点是注射距离是可变的。通过调节驱动光束的发射时间或改变激光焦点位置，获得了归一化发射度为3.3 nm、片能量扩展为15 keV、亮度为$7.2\times 10^{18}$ A m $^{-2}$ rad $^{-2}$的聚束。这使得该方案成为产生用于第五代光源的高质量电子聚束的有前途的方法。
2015-10-02 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Generation of Low Absolute Energy Spread Electron Beams in Laser Wakefield Acceleration Using Tightly Focused Laser through Near-Ionization-Threshold Injection
提出了一种增强的电离注入方案，该方案使用强度接近电离势的紧聚焦激光脉冲来触发失配预等离子体通道中的注入过程，并通过多维粒子模拟进行了研究。该方案的核心思想是通过缩短注入距离来降低俘获光束的能量扩展。我们建立了理论来精确预测注入距离，以及注入原子/离子的电离度，电子产额和电离电荷。找到了注入距离与激光参数和等离子体参数之间的关系，给出了控制注入距离的策略，从而优化了光束的能散。在所提出的模拟例子中，我们已经详细研究了整个注入和加速，并发现一些独特的功能的注入计划，如多聚束注入，独特的纵向相空间分布等。最终的电子束具有相对能量扩展（rms）下降到1.4%，其峰值能量为190 MeV和电荷1.7 pC。束流能散的变化趋势表明，更长的加速时间可以进一步降低能量扩散到小于1%，这可能是与未来的激光等离子体加速器驱动的相干光源相关的应用潜力。
2015-09-29 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
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
Carrier-envelope phase effects in Laser Wakefield Acceleration with near-single-cycle pulses
驱动激光尾场加速与极短的，近单周期的激光脉冲是至关重要的实现的电子源，可以在kHz的重复率，同时依赖于适度的激光能量。从基本的观点来看，这也是有趣的，因为有质动力近似对这样短的脉冲不再有效。通过粒子模拟，我们展示了等离子体响应如何在激光偏振平面上变得不对称，并依赖于激光脉冲的载波包络相位（CEP）。对于自注入的情况，这反过来又强烈影响注入电子的初始条件，导致电子束的集体电子感应加速器振荡。结果，电子束指向、电子能谱和发射的电子感应加速器辐射的方向变得依赖于CEP。对于密度梯度中的注入，对射束指向的影响减小，并且电子能谱是CEP无关的，因为电子注入主要是纵向的并且主要由密度梯度确定。我们的研究结果突出了在这个制度中的CEP控制的重要性，以产生稳定的和可重复的相对论电子束，并确定如何CEP效应可以在实验中观察到。在未来，CEP控制可能成为控制加速电子束的能谱或指向的附加工具。
2020-10-14 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Injection dynamics of direct-laser accelerated electrons in a relativistic transparency regime
采用三维粒子模拟和理论分析相结合的方法，研究了激光直接加速（DLA）过程中电子注入的动力学过程。结果表明，当超强激光脉冲入射到近临界密度或相对论透明等离子体中时，纵向电荷分离电场激发出离子波。离子波调制了局部电场，并作为一组势阱将位于等离子体通道边缘的电子引导到中心区域，随后在中心区域发生DLA，同时指出自生方位磁场通过使电子偏离激光场区域而抑制了电子的注入过程.了解这些物理过程为进一步优化直接激光加速电子束和相关X/γ射线源的特性铺平了道路。
2017-11-27 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Optimized laser-assisted electron injection into a quasi-linear plasma wakefield
提出了一种新的电子注入等离子体尾场加速方案。该方法基于最近提出的通过激光-固体相互作用产生快速电子的技术：具有数十mJ能量的飞秒激光脉冲以$45^o$角度撞击致密等离子体靶，排出良好准直的电子束，并将这些电子束加速到接近镜面方向的几MeV。我们研究了在低密度等离子体中，由外部束流驱动器激发的准线性尾场对这些快电子的捕获。这种配置可能与CERN的AWAKE实验有关。我们改变不同的注入参数：注入的相位和角度，激光脉冲能量。导出了线性轴对称尾流的近似捕获条件。它是用来优化被困电荷，并通过三维粒子模拟验证。结果表明，当加速场为2.5 GV/m时，准线性等离子体波能捕获电荷$\sim$ 100 pC、横向归一化发射度为60 $μ$ m的电子束团，并能将其加速到几GeV的能量，10 m后电子束团的展宽为$\lesssim$ 1%.
2021-09-07 physics.plasm-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
Bayesian Optimization of Laser-Wakefield Acceleration via Spectral Pulse Shaping
Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Portland State University（波特兰州立大学）；Department of Electrical and Computer Engineering, Colorado State University（科罗拉多州立大学电气与计算机工程系）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
本文通过贝叶斯优化和频谱脉冲成型技术，优化激光等离子体加速器的性能，显著提升电子束的电荷含量和能量。
2025-12-19 math.OC physics.acc-ph physics.plasm-ph
Integrated full pulse modeling for pellet injection in tokamaks: HPI2 model improvement and validation in WEST
DIFFER – Dutch Institute for Fundamental Energy Research（荷兰基础能源研究所）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；ITER Organization（国际热核聚变实验堆组织）；CEA Cadarache, IRFM（法国原子能和替代能源委员会卡达拉舍校区，核聚变研究集成设施）
本文改进了 HPI2 模型，通过自洽的等离子体释放空间步长计算，提高了数值稳定性，并在 WEST 实验中验证了其预测能力，支持其在集成建模中的应用。
2026-07-14 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Stabilization of sawteeth instability by short gas pulse injection in ADITYA-U tokamak
该研究在ADITYA-U托卡马克上发现短时气体脉冲注入可通过改变密度分布抑制俘获电子模，延长锯齿周期，为无辅助加热设施的中小型装置提供了一种简单有效的锯齿控制方法。
2025-08-15 physics.plasm-ph physics.pop-ph
Direct observation of the injection dynamics of a laser wakefield accelerator using few-femtosecond shadowgraphy
我们提出了几个飞秒阴影快照期间的非线性演化的等离子体波在激光尾场加速器与横向同步的几个周期的探测脉冲。这些快照可以直接与等离子体波内的电子密度分布相关联，并给出有关其大小和形状的定量信息。我们的研究结果表明，电子自注入到第一等离子体波周期是由第一等离子体周期的延长。三维粒子在细胞模拟支持我们的观察。
2015-07-31 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Self-truncated ionization injection and consequent monoenergetic electron bunches in laser wakefield acceleration
在激光尾场加速中，电离诱导注入是一种很有前途的注入方案。然而，这种机制中的能量扩散控制仍然是一个挑战，因为在混合气体目标中的连续注入通常是不可避免的。在这里，我们建议，通过使用某些最初不匹配的激光脉冲，电子注入可以被约束到混合气体目标的最前面的区域，通常在由激光驱动的气泡变形确定的几百微米的长度。在一定的优化条件下，注入区被很好地限制在$200\rm μm$内，根据粒子模拟，可获得中心能量为383 MeV、能散FWHM为3.33%、归一化发射度为3.12 mm mrad、电荷为14.58 pC的电子束。多维仿真和理论分析都说明了该方案的有效性。
2013-12-20 physics.plasm-ph
Breaking symmetry in propagation of radially and azimuthally polarized high power laser pulses in underdense plasma
通过三维粒子模拟和忽略Kerr非线性效应，证明了相对论强度的方位或径向偏振激光脉冲（RPP）在欠密等离子体中的传播是不稳定的。在横向均匀等离子体中，RPP发生强脉冲调制，其增量为$Γ$，接近于众所周知的依赖于加速度$α$和调制密度梯度长度$L$的增量为$Γ\approx (α/L)^{1/2}$。在深等离子体通道中，不稳定性消失了。研究了激光尾流对电子自注入和加速的影响。
2017-05-02 physics.plasm-ph
