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
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
A New Injection and Acceleration Scheme of Positrons in the Laser-Plasma Bubble Regime
提出了一种在激光驱动等离子体尾场中实现正电子注入和加速的新方法。理论模型的开发和验证，通过PIC模拟。一束环形光束和一束同轴传输的高斯光束在充满电子和正电子的预成型等离子体体积中驱动尾场。利用激光的有质动力和第一泡前桶的电荷分离力提供注入正电子的横动量，这些正电子被聚焦场捕获，然后被尾流场加速。模拟结果表明，可以获得相对高电荷量的准单能正电子束流。
2019-12-08 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
Characterisation of beam driven ionisation injection in the blowout regime of Plasma Acceleration
束驱动电离注入的特点是各种高Z掺杂剂。我们讨论了提取区域以及为什么电子被捕获的位置会影响内部注入聚束的最终质量。射束驱动电离注入依赖于在气泡闭合处产生高梯度场的能力，该高梯度场具有足够高的幅度以通过（高Z掺杂剂的）隧道效应电离仍然束缚的电子。电离的电子在加速和聚焦尾流阶段被非线性等离子体波捕获，从而产生高亮度的拖尾聚束。高Transformer比确保电离仅发生在气泡闭合处。电离注入的拖尾聚束的质量强烈地且非线性地取决于掺杂剂气体的性质（密度和初始电离状态）。我们使用全三维PIC代码${\tt ALaDyn}$来考虑该效应的高度三维性质。通过一个系统的方法，我们已经调查了发射度和能量扩展的形成和演变为不同的掺杂剂气体和配置。
2018-01-12 physics.plasm-ph
Particle Injection and Nonthermal Particle Acceleration in Relativistic Magnetic Reconnection
本研究通过PIC模拟揭示相对论性磁重联中引导场强度与区域大小对粒子注入及加速的影响，识别出三种注入机制及不同引导场下的主导加速电场，为解释高能天体物理辐射提供依据。
2023-03-01 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Direct laser acceleration: A model for the electron injection from the walls of a cylindrical guiding structure
本文通过解析模型与粒子模拟，揭示了直接激光加速中电子主要从圆柱形等离子体通道壁界面释放的机制，并验证了释放电荷和通道内电子密度的定量预测。
2024-05-28 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
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
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
Parametric analysis of electron beam quality in laser wakefield acceleration based on the truncated ionization injection mechanism
本研究针对激光尾波场加速的高品质电子束产生问题，结合截断电离与密度下降沿注入机制，通过二维PIC仿真验证了参数调节对电子束品质的独立控制效果，为后续LWFA实验提供参考。
2024-01-29 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
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
Speed-dependent Threshold for Electron Injection into Diffusive Shock Acceleration
本研究通过第一性原理动力学模拟和电子轨迹分析，提出电子注入 DSA 的速度阈值判据，并用最小模型再现非热能谱。
2025-06-10 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Exploring the acceleration mechanisms for particle injection and power-law formation during trans-relativistic magnetic reconnection
在相对论和反相对论区域中的磁重联能够将粒子加速到硬幂律能谱$f \propto γ^{-p}$（接近$p=1$）。决定光谱形状的潜在加速机制是目前研究的热点。利用全动力学等离子体模拟方法，研究了质子-电子等离子体跨相对论区域中磁重联过程中粒子的加速。虽然在这个参数制度的早期工作集中在平行于当地磁场的电场对粒子注入的影响（从热能到能量下限的幂律谱），在这里，我们检查的作用，平行和垂直的电场获得更完整的理解注入过程和进一步发展的幂律谱。结果表明，平行电场对粒子注入有重要贡献，且在磁重联的初始阶段更为重要。然而，随着模拟的进行，垂直电场的加速对于粒子注入变得更加重要，并且完全主导了负责高能幂律谱的加速。特别是对于较长的重联时间和较大的系统，即在更能反映天体物理来源过程的模拟中，这一点是强有力的。
2020-07-02 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Acceleration with Self-Injection for an All-Optical Radiation Source at LNF
我们讨论了一种新的紧凑型γ射线源，旨在高谱密度，高达两个数量级高于目前可用的韧致辐射源，并在概念上类似于康普顿源的基础上，传统的直线加速器。这种新的来源利用电子束从激光驱动的电子加速在所谓的自注入计划，并使用反向传播的激光脉冲，以获得X和伽马射线发射通过汤姆逊/康普顿散射。拟议的实验配置固有地提供了一个独特的试验台，电动力学的基本开放问题的研究。鉴于此，本文还对FLAME激光自注入的最新研究结果作了初步讨论。
2012-12-29 nucl-ex physics.plasm-ph
The role of three-dimensional effects on ion injection and acceleration in perpendicular shocks
Princeton University（普林斯顿大学）；Columbia University（哥伦比亚大学）；University of Chicago（芝加哥大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）
研究三维效应在非相对论性垂直冲击波中离子加速和磁场放大中的作用，揭示冲击漂移加速与冲击马赫数的关系，强调高分辨率三维模拟对理解粒子加速微观物理的重要性。
2026-04-17 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Magnetically assisted self-injection and radiation generation for plasma based acceleration
通过解析模型和数值模拟表明，外加磁场可以降低等离子体加速器的自陷阈值。此外，可以通过适当选择外部磁场的空间分布来选择发生自陷的横向位置。我们还发现，磁场辅助的自注入可以导致发射的电子感应加速器辐射在明确定义的频率。这种受控注入技术可以在当前/下一代等离子体/激光尾场加速器实验中使用最先进的磁场进行探索。
2012-10-06 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
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
Enhanced electron injection for efficient proton acceleration and neutron production in femtosecond laser-driven nano-structured targets
State Key Laboratory of Ultra-intense laser Science and Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences (CAS)（中国科学院上海光学精密机械研究所强激光科学和技术国家重点实验室）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences (CAS)（中国科学院上海应用物理研究所）；Key Laboratory of Nuclear Physics and Ion-beam Application (MOE), Institute of Modern Physics, Fudan University（复旦大学现代物理研究所核物理与离子束应用教育部重点实验室）；Department of Physics, Shanghai Normal University（上海师范大学物理学系）
本研究通过纳米线阵列靶增强电子注入，显著提升了激光驱动的质子加速和中子产生效率，实验显示质子能量达62.8 MeV，能量转换效率比平面箔高3.5倍，中子产量达1.1*10^10。
2026-04-04 physics.plasm-ph
Sustained electron self-injection in an evolving ellipsoid bubble for laser-plasma interaction
采用2.5D PIC（Particle-In-Cell）方法研究了电子注入演化椭球泡中的激光尾流场加速问题。一般来说，自注入电子来自气泡加速过程中横半径附近的位置。然而，我们发现激光轴附近的电子也可以被捕获到一个膨胀的气泡中。此外，这种新的自注入机制在电子自注入停止后仍然存在，其初始位置在气泡横向半径附近。通过单粒子动力学模拟证实了这一现象。此外，这种新机制由于持续的自注入而产生了高电荷电子束用于加速。
2017-03-27 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
Probing electron acceleration and X-ray emission in laser-plasma accelerator
虽然激光等离子体加速器已经证明了电子加速到千兆电子伏能量的强大潜力，但用于研究加速物理的实验工具很少。在本文中，我们展示了一种方法来探测的加速过程。垂直于主光束传播的第二激光束在主光束产生加速等离子体波之前几纳秒聚焦在气体射流中。这第二束光的强度足以使气体膨胀，并形成密度耗尽，这将局部抑制加速。沿着相互作用长度扫描密度耗尽的位置，以探测电子注入和加速以及电子感应加速器X射线发射。为了说明该方法的潜力，研究了注入位置随等离子体密度的变化。
2013-09-26 physics.plasm-ph
Injection process of pickup ion acceleration at an oblique heliospheric termination shock
本研究利用二维全动能粒子模拟，探讨了倾斜日球层终端激波处拾起离子加速的注入过程，发现反射离子驱动的大振幅波会重构激波表面，且离子通过激波冲浪与漂移加速机制被加速至数十倍上游流能量。
2024-11-13 astro-ph.EP astro-ph.HE physics.plasm-ph
Non-linear diffusive shock acceleration: A recipe for injection of electrons
在宇宙射线天体物理学的许多实际考虑中，特别是在天体物理源的同步辐射建模中，需要对电子注入扩散激波加速过程进行规定。在准平行磁化无碰撞激波的粒子模拟中，我们分析了粒子谱的演化。我们发现，在冲击演化的后期阶段，最初强大的超热离子光谱的一部分褪色，从而离开的频谱组成的麦克斯韦和幂律。一旦电子和离子光谱变平并变得平行，我们发现宇宙射线离子和电子的数量变得相似。我们通过将这种注入规则应用于Blasi的非线性扩散冲击加速的半分析模型，从而使微观和宏观尺度物理学相关联，以获得高能下的粒子谱和电子质子比$K_{\mathrm{ep}}$。通过使用包括电子加热的激波跳跃条件，我们发现$K_{\mathrm{ep}}$是马赫数的函数。对于马赫数$\sim$ 100，我们的模型精细地再现了在测试粒子制度中典型观察到的银河宇宙射线比$K_{\mathrm{ep}} \sim$ 1：100。
2020-12-30 astro-ph.HE 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
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
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
Particle Injection Problem in Magnetic Reconnection and Turbulence
本文综述磁重联与湍流中非热粒子注入（预加速）机制的最新进展，强调注入决定非热粒子比例与能量分配，并展望注入模型研究与应用。
2025-06-24 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Quasi-monoenergetic multi-GeV electron acceleration in a plasma waveguide
本研究利用PW级激光和光学场电离等离子体通道，实现了准单能电子束的加速，峰值能量超过2 GeV，扩展了激光等离子体加速器的能量范围。
2025-03-28 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
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
Observational Evidence for Stochastic Shock Drift Acceleration of Electrons at the Earth's Bow Shock
电子的一阶费米加速需要将电子注入到温和的相对论能量范围内。然而，注射机制在理论和观察上都是一个谜。我们提出了直接的证据，一种新的随机冲击漂移加速理论的注射获得磁层多尺度（MMS）的观测在地球的弓冲击。该理论模型可以解释电子加速到温和的相对论能量在高速天体物理冲击，这可能会提供一个长期存在的问题，电子注入的解决方案。
2020-02-17 astro-ph.EP astro-ph.HE physics.plasm-ph
Evolution of the self-injection process in the transition of an LWFA from self-modulation to blowout regime
本研究通过三维粒子模拟探究长波红外激光驱动的尾波场加速器在两种机制下的自注入特性，揭示了自调制机制下波破诱导自注入的规律及直接激光加速的特征。
2020-08-27 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
Revealing an unexpectedly low electron injection threshold via reinforced shock acceleration
本研究结合卫星测量与理论进展，提出了包含瞬态结构和波粒相互作用的相对论性电子增强激波加速模型，发现电子注入阈值处于超热范围量级，揭示了典型激波能持续加速电子至极高能量，为电子宇宙射线起源提供新见解。
2025-02-15 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Polarized proton acceleration in ultra-intense laser interaction with near critical density plasmas
采用三维粒子模拟方法研究了超强激光与靶相互作用中多GeV能量极化质子束的产生。考虑了质子加速的近临界密度等离子体靶，靶中含有预极化的质子和氚离子。预极化质子在注入前首先被激光辐射压力加速，然后在气泡状尾流场中进一步加速。通过T-BMT方程跟踪质子极化的时间动力学，发现质子极化状态可以被激光场和尾流场的磁分量改变。的质子加速和极化的离子种类的比率的依赖关系被确定，并且它被发现，质子可以被有效地加速，只要它们的相对分数是小于20%，在这种情况下，气泡的大小是足够大的质子，以获得足够的能量，以克服气泡注入阈值。
2021-03-26 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
Theory of Electron Injection at Oblique Shock of Finite Thickness
本文提出了一种在无碰撞激波中产生宇宙线电子的电子注入扩散激波加速（DSA）理论。我们考虑最近提出的粒子加速机制称为随机冲击漂移加速（SSDA）。我们发现，SSDA可以理解为一个扩散粒子加速机制在斜激波的有限厚度。更具体地说，它是由一个解决方案的扩散-对流方程的粒子与特征扩散长度可比的冲击厚度。另一方面，如果扩散长度比厚度长得多，则相同的方程产生标准DSA。虽然SSDA预测，在一般情况下，光谱指数比DSA陡峭，它是更有效的低能电子加速，有利于注入。注入阈值能量对应于两个不同区域之间的跃迁能量。在典型的星际和行星际条件下，如果激波周围湍流的耗散尺度由离子惯性长度决定，则其量级为$0.1\text{-}1$ MeV。电子注入在高$M_\textrm{A} / \cos θ_{Bn}$时效率更高，其中$M_\textrm{A}$和$θ_{Bn}$是阿尔文马赫数和激波速度。该理论表明，电子有效加速到超相对论能量将更容易实现高马赫数年轻超新星遗迹冲击，但不是在弱或中等冲击在日光层，除非上游的磁场几乎垂直于冲击法线。
2022-01-27 astro-ph.EP astro-ph.HE physics.plasm-ph
Low-energy Injection and Nonthermal Particle Acceleration in Relativistic Magnetic Turbulence
本研究通过二维全动力学粒子模拟，发现相对论性磁湍流中注入能量随区域增大收敛至约10m_ec²，且垂直电场在注入和后续增能中可能起主导作用，有助于理解天体物理非热粒子产生。
2024-12-16 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Betatron emission as a diagnostic for injection and acceleration mechanisms in laser-plasma accelerators
激光等离子体加速器中的Betatron X射线发射是一种有前途的紧凑型源，可以替代传统的X射线源，基于大型机器。除了作为一个潜在的源，对电子感应加速器辐射的精确测量可以揭示关于相对论性激光-等离子体相互作用的重要信息。我们表明，发射长度和位置的X射线发射可以通过放置一个孔掩模靠近源，并通过测量束轮廓的电子感应加速器的X射线辐射远离孔掩模。X射线发射的位置给出了关于等离子体波破碎的信息，从而给出了关于激光非线性传播的信息。此外，纵向延伸的测量有助于确定加速度是否受到泵耗尽或失相效应的限制。在多次进样的情况下，它用于明确检索每次进样在血浆中的位置。这种技术也被用来研究如何，在毛细管放电，放电和激光脉冲之间的延迟的变化影响的相互作用。该研究表明，对于适合激光引导的延迟，X射线发射仅发生在毛细管的后半部分：在前半部分没有电子注入和加速。
2012-11-22 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Pinching injection in wakefields for spin-polarized electron beams
Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海光学精密机械研究所）；Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf（杜塞尔多夫大学）；University of Ioannina（约阿尼纳大学）；Foundation for Research and Technology-Hellas（希腊研究与技术基金会）；University of Crete（克里特大学）
通过等离子体wakefield加速中的针尖效应，实现氢卤化物靶中自旋极化电子束的注入，保留自旋极化率达50%。
2026-04-24 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
Upper Limit of Electron Energization in the Near-Earth Plasma Sheet during Substorm Injections
本文利用Rice Convection Model模拟磁尾电子加速过程，成功再现CIRBE立方星观测到的数MeV相对论电子谱形与能量范围，揭示了亚暴注入期间近地等离子体片电子增能的物理机制及其上限。
2025-05-11 physics.plasm-ph physics.space-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
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
Effect of the bubble deformation in the3D nonlinear laser wake-field acceleration
采用一种新的气泡变形解析方法，对三维强非线性激光尾流场中的电子加速进行了优化。研究了线性密度梯度非均匀等离子体中电子束团以初始速度注入气泡的情况。研究人员表明，气泡形状的变形对加速区域中电子的捕获具有有效的作用。用数值方法研究了线性密度斜坡对电子束团俘获率及其平均能量的影响。
2017-09-02 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
Re-acceleration of Energetic Ions via Small-Scale Reconnection in Magnetic Fusion Plasmas
ENN Science and Technology Development Co., Ltd.（新奥科技发展有限公司）；Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学）；Southwestern Institute of Physics（西南物理研究院）
研究发现，通过小尺度磁重联可稳定加速注入的高能离子，其能量可达注入能量的2.5倍，且不引发大规模MHD爆发，为未来聚变堆辅助离子加热提供新途径。
2026-05-15 physics.plasm-ph
Electron injection and acceleration into laser-driven wakefield from a solid overdense plasma target
Université de Bordeaux-CNRS-CEA（波尔多大学）；CEA/DRF/IRAMIS, CNRS, École Polytechnique, Institut Polytechnique de Paris（法国原子能和替代能源委员会/研究和技术开发部/核能及替代能源研究所，法国国家科学研究中心，巴黎综合理工学院，巴黎理工学院）；CEA, IRFU, DACM, Université Paris-Saclay（法国原子能和替代能源委员会，核物理研究所，原子和分子动力学实验室，巴黎萨克雷大学）；LULI, CNRS, CEA, Sorbonne Université, École Polytechnique, Institut Polytechnique de Paris（激光等离子体相互作用实验室，法国国家科学研究中心，法国原子能和替代能源委员会，索邦大学，巴黎综合理工学院，巴黎理工学院）；Swiss Plasma Center, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（瑞士等离子体中心，洛桑联邦理工学院）；Sorbonne Université（索邦大学）
提出一种结合固体过密靶电子提取与相邻欠密等离子体尾波加速的两级激光等离子体加速方案，通过参数研究和二维PIC模拟证明了高效电子注入和高电荷、高能量电子束的产生。
2026-08-11 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
Controlled Injection in a Laser Plasma Accelerator via an Optically Generated Waveguide Constriction
本文提出收缩波导注入的全光学方案，在等离子体波导内原生构建高度可调谐的受控注入结构，并通过端到端模拟验证了以1 J激光能量产生1.1 GeV、10 pC、0.35%能量散度的高质量电子束，为应用型激光等离子体加速器提供精细调控手段。
2024-10-21 physics.acc-ph 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
