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
Efficient cylindrical envelope modeling for laser wakefield acceleration
由麦克斯韦方程组和弗拉索夫方程给出的三维系统分辨率可以描述激光尾流场加速的所有感兴趣的现象，只有少数例外（如电离）。这种艰巨的任务可以使用粒子在细胞（PIC）代码，其中等离子体是由一个整体的宏观粒子和电磁场的计算网格上定义的采样数字完成。然而，由此产生的三维PIC模拟需要大量的资源，并且通常产生比研究现象的特定方面所需的信息量更大的信息量。简化模型，即考虑近似和对称性的麦克斯韦-弗拉索夫系统的模型，因此对于初步研究和参数扫描具有根本的重要性。在这项工作中，这些模型之一的代码Smilei，一个信封描述的激光等离子体相互作用的圆柱对称性，实施的描述。
2019-12-10 physics.comp-ph 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
Coupling and Acceleration of Externally Injected Electron Beams in Laser-Driven Plasma Wakefields
本文通过多维 PIC 模拟研究多级 LWFA 增强级中外注入电子束与激光尾波场的非线性耦合，分析关键参数及离轴注入对电荷耦合和束流质量的影响。
2025-02-14 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Nonlinear laser driven donut wakefields for positron and electron acceleration
我们通过分析和三维粒子模拟表明，拉盖尔-高斯激光脉冲驱动的非线性尾场可以导致空心电子自注入和正电子加速。我们发现，高阶激光可以驱动甜甜圈形状的井喷尾场与强大的正电子加速梯度相媲美的球形气泡。相应的正电子聚焦力可以比球形气泡中的电子聚焦力强一个数量级以上。所需的激光强度和能量，以达到非线性甜甜圈形状的井喷是在国家的最先进的实验条件。
2014-04-15 physics.plasm-ph
Wakefield acceleration in atmospheric plasmas: a possible source of MeV electrons
强烈的电磁脉冲与等离子体相互作用可以产生等离子体振荡的尾流。在这种振荡中捕获的电子可以在某些条件下被加速到非常高的能量。本文研究了大气等离子体尾场加速产生MeV电子的条件。这种机制可以解释MeV或逃逸电子的起源，在目前的理论中所需要的地面伽玛射线闪光的生产。
2015-06-23 physics.plasm-ph
Beam-Driven Systems, Plasma Wakefield Acceleration
我们扩展了在CERN加速器学院关于等离子体尾场加速的先前论文集中发表的材料。该材料侧重于在短、窄束区中的等离子体尾场加速。在简要介绍了等离子体尾场加速器的基本原理后，我们描述了束流训练驱动的等离子体尾场加速器。然后，我们试图给出简单而直观的描述聚束自调制，发生时，聚束是长的，和电流的反射，发生时，聚束是宽的。自调制是一种利用现有的带有大量能量的聚束来驱动等离子体尾场的方法。在横向分裂可能破坏尾场产生和加速过程之前，电流偏转不稳定性对粒子束的宽度施加了限制。与前面的材料一样，我们展示了一些实验结果，这些结果表明，大部分物理现象都是在实验中观察到的。
2020-07-10 physics.acc-ph physics.plasm-ph
A Brief Review of Plasma Wakefield Acceleration
等离子体尾场加速器承诺巨大的加速度梯度，比今天的传统射频（RF）加速器大三个数量级。这些新的加速器也显示出以几乎相同的因子减小未来加速器尺寸的潜力。本文简要介绍了等离子体尾场加速器的工作原理，并介绍了该领域的最新进展。给出了当前的挑战和潜在的未来使用的等离子体尾场加速器进行了讨论。
2020-02-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Stable bunch trains for plasma wakefield acceleration
只有当所有的带电粒子束都处于尾流场的聚焦和减速阶段时，一串短的带电粒子束训练才能有效地驱动强等离子体尾流场通过长的传播距离。这是可能的等距束列，但需要束电荷增加沿训练和等离子体频率高于束重复频率。
2017-11-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Particle-in-cell simulation of x-ray wakefield acceleration and betatron radiation in nanotubes
虽然晶体通道中的尾场加速已经被提出，但自从单循环光学激光压缩技术的发明以来，X射线尾场加速直到最近才成为现实的可能性。我们研究了固体材料内部纳米通道引导的相干超短X射线脉冲引起的尾场加速。通过二维粒子在细胞的计算机模拟，我们表明，TeV/cm的加速度梯度是可以实现的。这是约3个数量级强于传统的等离子体为基础的尾流场加速，这意味着一个非常紧凑的计划，以获得可再生能源的可能性。除了粒子加速外，该方案还能诱发~O（10-100）MeV的高能光子发射。我们的模拟证实了这样的高能光子发射，这是在对比的光学激光驱动尾场方案诱导。此外，还讨论了高能电子发射率的显著提高。
2018-05-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Electron Beam Chirp Dexterity in Staging Laser Wakefield Acceleration
粒子能量啁啾被证明是一个有用的工具，在分级激光尾场加速指向产生高质量的密集电子束。啁啾是补偿加速度场纵向不均匀性、实现能量色散本质降低的必要手段。这是通过利用分裂技术的等离子体和束电子的粒子在细胞模拟证明。适当选择的光束啁啾允许减少在每一个阶段的能量分散的数量级在加速到GeV的能量范围。
2021-02-20 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
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
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
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
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
Trapping and acceleration of spin-polarized positrons from $γ$ photon splitting in wakefields
高能自旋极化正电子在$e^- e^+$对撞机物理等前沿研究中有着极其重要的需求，但制备紧凑的正电子源仍然是一个非常具有挑战性的问题。本文提出了一种在等离子体尾场中捕获和加速极化正电子的有效方案。种子电子与双色激光器碰撞产生偏振的$γ$光子，然后通过非线性Breit-Wheeler过程分裂成平均（部分）正电子偏振高于30\%（70\%）的$e^- e^+$对。在空心电子束驱动的回收尾场中，捕获并加速了70%以上的正电子，获得了3.5GeV/cm的能量增益，并伴有轻微的去极化。该方案提供了一个潜在的紧凑和经济的正电子源，为未来的应用。
2020-10-31 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
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
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
Dephasingless laser wakefield acceleration in the bubble regime
本研究针对激光尾场加速器的失相能量限制问题，提出采用时空结构化激光脉冲实现泡状区长距离无失相加速，模拟验证了其加速效果并预测了更高能量下的增益潜力，为小型化高能加速器提供新方案。
2023-08-25 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Accurate simulation of direct laser acceleration in a laser wakefield accelerator
针对传统PIC算法模拟激光尾波场加速器中直接激光加速存在误差、难以区分加速机制的问题，提出定制场求解器结合方位角模式分解的方法，提升了模拟精度且降低了计算单元需求，明确了高能电子的双加速机制能量贡献相当。
2023-03-22 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Ultimate plasma wakefield acceleration with 400 GeV proton driver
发现了一种新的质子驱动等离子体尾场加速机制，即等离子体非线性使激发波相速度比质子相速度大。如果束电荷比激发非线性波所需的最小值大得多，则在选择纵向等离子体密度分布以使波速度接近光速方面有足够的自由度。这使得电子或正电子可以用400 GeV的质子驱动器加速到大约200 GeV。
2021-05-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Satisfying the Direct Laser Acceleration Resonance Condition in a Laser Wakefield Accelerator
在这个过程中，我们表明，当驱动激光脉冲重叠的激光尾流场加速器（LWFA）中的捕获的电子，这些电子可以获得能量从直接激光加速（DLA）在延长的距离，尽管激光和唤醒的演变。通过模拟，激光和电子束的性质的演变被量化，然后在这种变化的背景下，DLA的共振条件进行检查。我们发现，虽然从LWFA产生的电子不能连续满足DLA共振条件，但它们仍然可以从DLA获得大量的能量。
2015-02-26 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
Effect of Dielectric Wakefields in a Capillary Discharge for Plasma Wakefield Acceleration
该研究针对等离子体尾场加速用介质毛细管的介质尾场效应，实验验证了驱动束团轨迹偏移、沿束位置对偏转效应的影响，探究了尾场衰减规律，为相关加速器设计提供了参考。
2024-10-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High quality electron beam acceleration by ionization injection in laser wakefields with mid-infrared dual-color lasers
对于激光尾波场加速来说，在保持足够电荷的同时抑制束流能量扩散是关键挑战之一。为了实现这一点，我们提出了双色激光电离注入与组合的激光波长的$2.4\rm μm$和$0.8\rm μm$尾场激发和触发电子注入通过场电离，分别。$2.4\rm μm$波长的激光脉冲使得能够以相对低的激光功率驱动强加速结构。为了进一步降低对激光功率的要求，我们还提出了使用二氧化碳作为工作气体介质，其中碳作为注入元件。我们的全三维粒子模拟结果表明，在不久的将来，在激光参数可达到的条件下，该方案可以获得GeV能级的低能散（约1%）和高电荷（几十皮库仑）的电子束。
2016-03-03 physics.plasm-ph
An $ep$ collider based on proton-driven plasma wakefield acceleration
最近的模拟表明，高能质子束可以激发强等离子体尾场，并在单个加速阶段将一束电子加速到能量前沿。这一计划可能导致未来的$ep$对撞机使用大型强子对撞机的质子束和一个紧凑的电子加速器的长度为170米，产生电子的能量高达100 GeV。这样的对撞机的参数进行了讨论，以及在欧洲核子研究中心加速器复杂的概念布局。还将介绍等离子体尾场加速的物理学，简要回顾了质子驱动等离子体尾场加速的原理证明AWAKE实验，以及这种$ep$对撞机的物理可能性。
2014-07-08 hep-ex physics.acc-ph physics.plasm-ph
Wakefield acceleration of self-injected bunch in a conical plasma channels
针对激光尾场加速中自注入粒子束因超驱动速度移出最大加速相位的问题，提出采用锥形渐变通道通过缩小气泡尺寸同步束与尾波相位，所得相关参数变化关系可为后续研究提供参考。
2025-09-03 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Numerical study of electron acceleration by microwave-driven plasma wakefields in rectangular waveguides
School of Physics, Universidad Industrial de Santander（桑坦德工业大学生物物理学院）
本研究通过三维粒子-细胞模拟，探讨了微波驱动等离子体wakefield在矩形波导中对电子加速的机制，发现最佳加速需电子预加速至接近微波脉冲群速，能量增益可达10² keV。
2026-02-18 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
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
Effect of plasma inhomogeneity on plasma wakefield acceleration driven by long bunches
数值研究了等离子体不均匀性对自调制质子束团和加速电子的影响。其主要影响是尾波场波长的变化，这将导致相移和加速粒子的损失。这种效应对长粒子束驱动的等离子体尾场加速器的密度均匀性提出了严格的限制。横向双流不稳定性，转换成一个训练的微束的长束是不太敏感的密度不均匀性比加速粒子。束自由地穿过密度增加的区域并与密度减小的区域相互作用。
2012-05-15 physics.acc-ph 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
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
LCODE: a parallel quasistatic code for computationally heavy problems of plasma wakefield acceleration
LCODE是一个自由分发的准静态2D 3V等离子体尾流场加速程序，主要用于研究超相对论粒子束在等离子体中的长期传输。光束模型完全相对论宏观粒子在与光速共同传播的模拟窗口;等离子体可以用动力学或流体模型来模拟。使用多种技术来获得卓越的数值稳定性和精度，同时保持高资源效率，使LCODE能够模拟长粒子束在长传播距离上的演化，即使在笔记本电脑上。最近的一次升级使LCODE能够并行执行计算。通过MPI（消息传递接口）通信的多个LCODE进程的流水线能够在单次通过中执行多个连续的模拟时间步。这种方法可以将计算速度提高数百倍。
2015-11-13 physics.plasm-ph
Laser Wakefield Acceleration Using Wire Produced Double Density Ramps
提出了一种实现和控制激光尾场加速器加速段电子注入的新方法。它利用一根导线，将其引入超音速气体射流中，产生冲击波和三个不同等离子体电子密度的区域。如果适当地调整，激光等离子体相互作用发生在三个阶段：激光自压缩，电子注入和加速在第二个等离子体波周期。自注入相比，在一个恒定密度的等离子体中的非线性等离子体波的破波，该计划增加了高达一个数量级的准单能区的光束电荷。在第二等离子体波周期中的电子加速使电子束发散度降低约25%，并且在密度下降斜坡处的局部注入导致具有小于百分之几的相对扩展的光谱。
2012-10-25 physics.plasm-ph
Plasma wakefield acceleration studies using the quasi-static code WAKE
准静态码WAKE [P. Mora和T. Antonsen，Phys. Plasmas { \bf 4}，217（1997）]中的方法进行了改进，以模拟在等离子体尾场加速中超相对论带电粒子束通过暖背景等离子体的传播。升级后的代码以完整的细胞内颗粒代码OSIRIS为基准[Hemker等人，物理修订版ST加速Beams { \bf 3}，061301（2000）]和准静态代码QuickPIC [Huang等人，J. Comp. Phys. { \bf 217}，658（2006）]。本文研究了非零等离子体温度对双束团电子束驱动器的峰值加速电场的影响。结果表明，等离子体温度虽然抑制了加速电场的峰值，但并不影响加速粒子的能量增益和扩散。讨论了等离子体温度对提高网格分辨率下电场数值收敛性的作用。
2014-11-12 physics.plasm-ph
Tunable X-ray source by Thomson scattering during laser-wakefield acceleration
我们报告的结果，全光汤姆逊散射拦截加速过程中的激光尾场加速器。我们表明，脉冲碰撞位置可以检测到使用横向阴影，这也有利于对齐。随着电子束能量在加速器内的演化，发射的光谱随着散射位置而改变。这样的配置可以用作加速器诊断以及可靠的设置，以生成具有可调能量的X射线。
2019-05-16 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Laser wakefield acceleration with mid-IR laser pulses
本文报道了利用超短中红外激光脉冲（λ= 3.9 μm，100 fs，0.25 TW）驱动的激光等离子体尾场加速的初步结果，该脉冲能够使中等密度气体射流与近临界和超临界密度相互作用。当射流宽度超过相对论自聚焦的阈值尺度长度时，发生高达~12 MeV的相对论电子加速。我们提出了缩放趋势的加速束剖面，电荷和光谱，这是支持的粒子在细胞中的模拟和时间分辨图像的相互作用。对于类似的缩放条件，我们观察到加速电荷的显着增加相比，以前的实验与近红外（λ=800 nm）脉冲。
2018-01-17 physics.optics physics.plasm-ph
Proof-of-principle experiment for nanoparticle-assisted laser wakefield acceleration
在目前的工作中，我们首次展示了纳米粒子辅助激光尾场加速的原理验证实验。通过激光烧蚀铝产生的纳米颗粒被引入等离子体中，并用于触发电子注入到由高功率飞秒激光激发的非线性等离子体尾流中。实验结果表明，与电子自注入的情况相比，电子束的能量、能量扩展和发散角都有明显的提高。质量最好的电子聚束的峰值能量高达338 MeV的相对能量扩展为4.7%和5.9 mrad的垂直发散。该方法可以通过添加空气动力学透镜系统来进一步改进，例如，该空气动力学透镜系统将控制纳米颗粒尺寸、密度、材料和注入位置，从而允许精确控制激光尾波场加速器。
2019-02-10 physics.plasm-ph
First Electron Acceleration in a Tunable-Velocity Laser Wakefield
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
本研究首次实验验证了飞行焦点诱波场在加速电子至相对论能量中的可行性，并通过调制诱波传播速度来控制电子能量。
2025-12-08 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Heavy ion driven plasma wakefield acceleration with drift-like phase-shift acceleration scheme
Institute of Modern physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院近代物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；University of Manchester（曼彻斯特大学）；Cockcroft Institute（科克沃尔研究所）
针对传统密度调制方案尾场退化问题，提出类漂移相移加速方案，通过漂移段控制相移避免退相，模拟显示电子在1.65米内加速至700 MeV，能量展宽5%，并验证了实际可行性。
2026-09-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
An Overview of Recent Progress in Laser Wakefield Acceleration Experiments
本文的目标是检查在过去十年（2004-2014）的激光尾流场加速的实验进展，并使用数据的趋势来理解一些重要的物理过程。通过对50多个实验的分析，揭示了等离子体密度、加速器长度、激光功率和最终电子束能量之间关系的各种趋势。这些数据表明，目前的实验是有限的失相，目前的实验通常需要一些脉冲的演变，以达到捕获阈值。
2017-05-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Radiation reaction-dominated regime of wakefield acceleration
本文研究了电子在等离子体尾流场中的横向振荡所产生的辐射-反作用力对电子加速的影响。辐射反应的经典和强量子电动力学（QED）的限制。对于恒定的加速力，我们表明，振幅的振荡的QED参数$χ$在辐射占主导地位的制度，达到平衡值仅由加速场的大小，而平均过感应加速振荡辐射反作用力饱和的值小于加速力，因此是无法防止无限加速。我们找到的参数的电子束和等离子体加速器，达到这样的制度是可能的。我们还研究了在加速过程中的失相和相应的加速力的变化的影响，并得出结论，辐射主导的制度是实现在单级加速与缓慢的失相（通常对应于聚束驱动的等离子体加速器）和多级加速与快速的失相（对应于使用激光驱动的加速器）的情况下。
2021-09-10 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Energy-optimized scaling laws for self-guided laser wakefield accelerators
ELI Beamlines Facility, The Extreme Light Infrastructure ERIC（极轻基础设施欧洲研究联合体 ELI 光束线设施）；University of Rochester（罗切斯特大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；University of Michigan（密歇根大学）
本研究采用贝叶斯优化结合粒子模拟技术，推导出自导引激光尾场加速器的能量优化标度律，为设计高性能激光尾场加速实验提供实用指导。
2026-08-11 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Multi-chromatic narrow-energy-spread electron bunches from laser wakefield acceleration with dual-color lasers
提出了一种基于激光尾场加速的方法，利用另一束三倍频激光触发可控电离注入，产生低能散电子束团。当双色脉冲在背景等离子体中共同传播时，由于等离子体色散，组合激光场的峰值幅度在激光传播期间在时间和空间上被调制。当峰值幅度超过特定阈值时，发生电离注入。在不同的传播距离上，在有限的持续时间内周期性地超过阈值，导致多次电离注入和分离的电子聚束。该方法是通过多维粒子在细胞模拟。这样的电子聚束可以用于生成用于各种应用的多色X射线源。
2015-01-27 physics.plasm-ph
Overcoming the dephasing limit in multiple-pulse laser wakefield acceleration
激光驱动等离子体尾场加速中的电场比传统的射频腔高几个数量级，但能量增益受到超相对论电子聚束和尾场之间的移相的限制，尾场以激光群速度传播。我们提出了一种方法来克服这个限制在一个单一的等离子体阶段。通过调制密度分布，可以在飞行中控制激光脉冲训练后尾流场的幅度。这产生了一系列的共振激光等离子体加速器部分和非共振漂移部分，在这些部分内尾场消失，电子重新相位。一个二维的粒子在细胞模拟与四个2.5TW激光脉冲产生50MeV的电子能量增益，四倍，从均匀的等离子体。虽然激光红移防止操作在井喷制度，该技术提供了增加的能量增益的加速器限制到线性制度的可用激光功率。这对于能够以高重复率操作的激光等离子体X射线源特别相关，这是高度追求的。
2020-01-24 physics.acc-ph 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
Assessment of Transverse Instabilities in Proton Driven Hollow Plasma Wakefield Acceleration
在质子驱动等离子体尾流场加速器中引入空心等离子体，以克服均匀等离子体中横向尾流场随半径和时间变化而引起的束流质量下降问题。模拟结果表明，在一个长的空心等离子体通道中，电子可以被加速到能量前沿，同时保持良好的束流质量。然而，该方案对波束通道对准提出了严格的要求。否则将产生沿轴向不对称的横向尾流场，导致驱动聚束的畸变和见证光束质量的恶化。在本文中，通过2D carpellet-in-cell模拟，我们研究了驱动光束通道偏移和初始驱动器倾斜引起的潜在不利影响，然后提出并评估这些驱动器不准确问题的解决方案。
2018-05-08 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Optical Shaping of Plasma Cavity for Controlled Laser Wakefield Acceleration
激光尾流场加速器依赖于相对论运动的微米级等离子体腔，其提供> 100 GV/m的极高电场。在这里，我们展示了横向成形的等离子体腔产生受控的亚GeV电子束，采用激光脉冲与轴向可旋转的椭圆形焦斑。我们展示了通过旋转焦斑对电子自注入、电荷和电子束横向轮廓的控制能力。我们观察到，椭圆焦斑的效果是印记在电子束的轮廓和电子能量增加，相比，一个圆形焦斑的情况下。我们进行了三维粒子模拟，再现了实验结果，并揭示了一个新的非对称自注入过程的动力学。这种简单的方案提供了一种新的控制方法，激光尾场加速产生定制的电子束和X射线的各种应用。
2020-09-21 physics.plasm-ph
Electron trapping and acceleration by the plasma wakefield of a self-modulating proton beam
结果表明，共线注入的电子或正电子到尾场的自调制粒子束是可能的，并确保高的能量增益。见证光束必须与驱动器的尾部共同传播，因为那里的等离子体波相速度可以超过光速，这是有效加速所必需的。如果验证光束是许多尾场周期长，则被俘获的电荷受到光束加载效应的限制。最初的捕获对正电子来说是更好的，但是在加速阶段，相当一部分正电子从波中丢失。为了有效地捕获电子，等离子体边界必须是尖锐的，密度过渡区短于几厘米。正电子不受初始等离子体密度梯度的影响。
2014-08-19 physics.acc-ph 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
Plasma Wakefield Acceleration with a Modulated Proton Bunch
研究了通过调制长质子束团可以获得的等离子体尾波场振幅。我们发现，在长聚束的限制相比，等离子体波长，加速场的强度是成正比的驱动聚束中的粒子数和成反比的横向聚束尺寸的平方。利用现有质子加速器的参数对标度律进行了详细的模拟测试和验证，并实现了大电场，达到1 GV/m的LHC聚束。在这种情况下，发现超过6 TeV的测试电子的能量增益。
2011-05-06 physics.acc-ph physics.plasm-ph
