Interferometry for full temporal reconstruction of laser-plasma accelerator-based seeded free electron lasers
激光等离子体加速器（LPA）的发展为自由电子激光的应用提供了广阔的前景。这些LPA光束的固有性质的处理已经允许基于LPA的自发波荡器辐射的受控产生。进一步，我们在这里揭示，即将到来的基于LPA的种子自由电子激光将呈现奇异的空间光谱分布。依靠数值模拟和简单的分析模型，我们展示了如何利用这些干涉图案来检索，在单发，光谱时间的内容和源点的自由电子激光脉冲的属性。
2019-06-28 physics.acc-ph
Plasma based helical undulator for controlled emission of circularly and elliptically polarised betatron radiationJ. Vieira, J. Martins, U. Sinha
我们探讨了等离子体为基础的模拟的螺旋波荡器能够提供圆和椭圆偏振的电子感应加速器辐射。我们专注于电离注入配置和激光脉冲驱动器的条件下，可以迫使集体电子感应加速器振荡整个被困电子束。通过分析模型和采用三维模拟和辐射计算，我们发现，圆或椭圆偏振激光驱动器可以迫使螺旋电子感应加速器振荡，产生圆/椭圆偏振电子感应加速器X射线。我们评估的偏振水平的数值和分析，并发现，圆偏振光子的数量可以通过调整激光脉冲驱动器偏振控制。我们展示了在最大光子通量区域附近，圆偏振度高达< 40%的电子感应加速器辐射的产生。对于椭圆偏振驱动器，圆偏振电子感应加速器辐射的总通量下降，并且当使用线偏振时可以忽略不计。我们的结果可以在今天的实验设施进行测试。
2016-01-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Atomic inner-shell radiation seeded free-electron lasers
为了有效地提高X射线自由电子激光（XFEL）的输出质量，从理论上提出了一种原子内壳层激光作为种子的XFEL方案。众所周知，基于中性原子和XFEL泵浦的原子内壳层激光器已经被实验证实，它产生了时间相干性增加的亚飞秒X光脉冲。结果表明，利用内壳层激光器作为种子源调制电子束团，可以产生非常稳定的、几乎完全相干的短波长XFEL脉冲。所提出的方案在X射线波长甚至更短的波长上具有很好的前景。
2018-03-21 physics.acc-ph
High-repetition-rate seeded free-electron laser with direct-amplification of an external coherent laser
本文提出一种利用长调制器直接放大外部相干激光的新技术，显著降低种子激光峰值功率，实现MHz重复频率下高相干、高功率稳定性的EUV和软X射线FEL。
2024-04-26 physics.acc-ph
Single shot phase contrast imaging using laser-produced Betatron x-ray beams
具有实验室规模源的X射线相衬成像应用的发展受到获得一个图像所需的长曝光时间的限制。我们证明，使用Betatron X射线辐射时产生的电子被加速和摆动的激光尾流场腔，一个高品质的相位衬度图像的复杂的对象（这里，一只蜜蜂），位于空气中，可以获得一个单一的激光射击。在这个原理验证实验中使用的Betatron X射线源具有1.7微米的源直径，并产生临界能量E_c=12.3 ± 2.5 keV的同步加速器光谱，在整个光谱中每次发射10^9个光子。
2011-06-22 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Bright gamma-rays from betatron resonance acceleration in near critical density plasma
我们表明，在近临界密度等离子体中，由超强超短激光脉冲加速的电子感应加速器共振可作为高亮度伽马射线源。与低密度等离子体中的激光等离子体X射线源相比，近临界密度等离子体提供了三个电子辐射优势：更多的辐射电子、更大的横向振幅和更高的电子感应加速器振荡频率。三维粒子模拟结果表明，在7.4J的激光脉冲作用下，产生了8.3mJ的辐射，其临界光子能量为1MeV。临界光子能量$E_c$随入射激光能量的增加而增加，其增加速度大于线性关系。$W_I$与$E_c \propto W_I^{1.5}$成比例，相应的光子数与$W_I$成比例。建立了一个简单的类同步辐射解析模型，可以解释模拟结果。
2013-10-23 physics.acc-ph 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
Slippage effect on laser phase error amplification in seeded harmonic generation free-electron lasers
采用外激光作为种子的自由电子激光（FEL）在软X射线领域具有很好的应用前景。然而，已经指出，初始种子激光器噪声将被放大的频率上转换过程，这可能会降低由谐波产生方案产生的输出辐射的质量。本文对考虑滑移效应的种子自由电子激光方案中激光相位误差放大问题进行了理论和模拟研究。研究发现，当滑移长度与激光脉冲长度相当时，调制器中的滑移效应可以显著地消除电子束所经历的种子激光缺陷。这种平滑效应允许在存在大的激光相位误差的情况下保持种子自由电子激光的优异的时间相干性。对于FWHM约为16 fs的超短UV种子激光器，具有约30个波荡器周期的调制器中的滑移长度通常与激光器宽度相当;对于FWHM约为80 fs的较长种子激光脉冲，可以使用在UV种子激光器的次谐波处调谐的调制器使滑移长度与激光器宽度相当。对采用大频率啁啾种子激光脉冲的软X射线装置进行了三维模拟，结果表明，通过适当设计调制器，使滑移长度与激光宽度相当，可以显著降低种子自由电子激光带宽对初始频率啁啾的敏感性。我们的研究表明，在种子自由电子激光器中产生近变换限制的软X射线脉冲的激光相位误差的容忍度比以前认为的要宽松得多，并且可以达到纳米波长的完全相干辐射。
2013-04-12 physics.acc-ph
Two-dimensional Cooling of Ion Beams in Storage Rings by Narrow Broad-Band Laser Beams
本文提出了一种新的储存环中离子束二维冷却方案，其中离子与反向传播的宽带激光束相互作用。在离子运动方向上的相互作用区域远小于离子感应加速器振荡的波长。轨道平面中的激光束具有指向离子束的尖锐平坦边缘，并且激光束的宽度为离子束宽度的量级。激光束径向位置首先从内部然后从外部以一定的速度移动到离子束，并减少了电子感应加速器和同步加速器振荡。
1998-12-24 physics.acc-ph
Generating coherent soft x-ray pulses in the water window with a high-brightness seeded free-electron laser
提出了一种利用种子自由电子激光产生高亮度、时间相干软X射线辐射的新方案。该方案是基于相干谐波产生（CHG）和超辐射原理。首先使用CHG方案在种子的超高次谐波处产生相干信号。这个相干信号，然后放大了一系列的回旋波荡器模块通过新鲜的聚束和超辐射过程在下面的辐射。使用一组具有代表性的现实参数，三维模拟已经进行，模拟结果表明，10 GW级的超短相干辐射脉冲的水窗口中可以实现通过使用所提出的技术。
2016-09-04 physics.acc-ph
Controlled Betatron X-Ray Radiation from Tunable Optically Injected Electrons
激光等离子体加速器中产生的Betatron X射线辐射特性与辐射源中的相对论电子的性质密切相关。虽然在相互作用制度探索以前的来源是由性质不稳定的，电子束的波动后，我们在这封信中证明的可能性，以产生X射线Betatron辐射与控制和可重复的功能，允许其性能的精细研究。为此，Betatron辐射使用来自具有碰撞脉冲注入的激光等离子体加速器的具有可调能量的单能电子产生[J.Faure等人，Nature（London）444，737（2006）]。所提出的研究提供了电子和X射线之间的相关性的证据，所获得的结果打开显着的前景走向生产一个稳定的和受控的飞秒Betatron X射线源在千电子伏范围内。
2011-12-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High-energy betatron source driven by a 4-PW laser with applications to non-destructive imaging
拍瓦级激光器通过激光尾场电子加速可以产生多GeV的电子束。作为一个副产品，加速的电子束可以产生广泛的同步辐射，称为电子感应加速器辐射。在目前的工作中，我们测量从2 GeV，215 pC的电子束，这表明了一个广泛的辐射光谱的临界能量为515 keV，扩展到MeV的光子能量和10 mrad的发散产生的辐射的属性。由于其高能量和通量，这种辐射是致密物体伽马射线照相术的理想候选者。我们采用了一个紧凑的电子感应加速器辐射设置操作在相对较高的重复率（0.1赫兹），并用它来扫描厘米大小的对象：DRAM电路，BNC和SMA连接器，挂锁和气体喷嘴。GEANT 4模拟进行再现的气体射流的射线照片。该装置和辐射源可以在亚毫米级揭示物体的内部结构，证明它可以进一步应用于诊断各种部件中的裂纹或孔。这里介绍的辐射源是一个有价值的工具，用于无损检测和高能量密度物理学，如核聚变。
2022-11-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Tailored Three Dimensional Betatron Dynamics in UltraStable Hybrid Laser Plasma RF Accelerators
本文研究了超稳混合激光等离子体射频加速器中通过射频参数调控横向、纵向及极化动力学的机制，揭示了非线性共振与阻尼现象的控制方法。
2025-12-02 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Enhanced energy gain through higher-order resonances during direct laser acceleration with superluminal phase velocity
本文研究超光速相速度下的直接激光加速，揭示其产生的非单调频率比可在宽能区内维持高阶共振匹配，使高阶共振取代基频电子感应加速器共振成为增强电子能量增益的主导机制。
2025-07-26 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Intrinsic energy spread and bunch length growth in plasma-based accelerators due to betatron motion
基于等离子体的加速器已经证明可以在厘米尺度上产生GeV电子束，为新一代高度紧凑和具有成本效益的粒子加速器提供了一条道路。然而，实现所需的光束质量，特别是对于诸如自由电子激光的应用的能量扩展，仍然是一个挑战。在这里，我们调查的基本来源的能量扩散和聚束长度的PBAs所产生的电子感应加速器运动的束电子。我们提出了一个分析理论，验证粒子在细胞模拟，准确地描述了这些现象。对光束质量的显着影响，预测某些配置，解释以前观察到的限制，可实现的聚束长度和能量扩散。减轻这些贡献对高质量的光束的准则推导。
2019-12-20 physics.acc-ph
High brightness fully coherent X-ray amplifier seeded by a free-electron laser oscillator
X射线自由电子激光振荡器（XFELO）有望成为产生全相干X射线激光的前沿工具，而波荡器锥度技术是提高自由电子激光（FELs）效率的有效方法。为了结合这两种方案的优点，提出了一种简单的利用啁啾电子束的XFELO种子自由电子激光放大器。通过选择合适的光束参数，束团尾部在XFELO的增益带宽内，激光达到饱和，这将作为进一步放大的种子。同时，在XFELO的增益带宽之外的束团头被保留下来，并用于后续的自由电子激光放大器。结果表明，束流自然的“双喇叭”效应和回旋压缩器的剩余能量啁啾都很适合于这种新方案。继承XFELO播种和波荡器锥形化的优点，可以产生近太瓦级的完全相干X射线脉冲，具有前所未有的拍摄到拍摄的稳定性，这可能会在各个研究领域开辟新的科学机会。
2017-11-03 physics.acc-ph
Beam energy distribution influences on density modulation efficiency in seeded free-electron lasers
波荡器系统入口处的束流能散对高增益种子自由电子激光的有效密度调制至关重要。本文研究了高增益谐波产生（HGHG）、回波激励谐波产生（EEHG）和相位合并增强谐波产生（PEHG）方案中高次谐波微聚束效应与电子能散分布的关系。理论研究和多维数值模拟的情况下，均匀和鞍形光束的能量分布，并与传统的高斯分布。结果表明，均匀和鞍形电子能量分布显著提高了HGHG自由电子激光器的性能，而对EEHG和PEHG方案几乎没有影响。数值计算表明，在84 keV RMS均匀和/或鞍形片能散的条件下，软X射线自由电子激光装置的单级注入方案可以直接产生30次谐波辐射。
2014-12-31 physics.acc-ph
Theoretical and experimental studies of energy modulation to demodulation in seeded free-electron lasers
Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海高等研究院）；Zhangjiang Laboratory（张江实验室）
通过两个调制器与可调移相器，研究种子型FEL中能量调制与解调，π相位延迟可抑制残余调制，实验验证了激光诱导能量调制的抑制。
2026-06-09 physics.acc-ph
Resonant RF Wakefield Coupling for Radiation-Reaction Control of 3D Betatron Dynamics in Hybrid Laser Plasma Accelerators
Alzahra University（阿尔扎哈拉大学）
本文研究了混合激光等离子体加速器中通过共振射频腔体耦合控制三维betatron动力学的辐射反应问题，结合分析模型和PIC模拟，揭示了射频场与自然betatron频率的共振机制及其对束流稳定性的影响。
2026-04-27 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Self-Seeded FEL Wavelength Extension with High-Gain Harmonic Generation
为了扩展软X射线自由电子激光的波长，我们研究了一种自种子高增益谐波产生（HGHG）自由电子激光（FEL）方案。该方案使用常规的自播种单色器来产生波长为1.52 nm的种子激光，然后通过HGHG配置来产生GW级的相干窄带宽谐波辐射。二次和三次谐波辐射的研究与开始到结束的模拟。详细研究了自由电子激光器的性能和发射波动。
2016-04-06 physics.acc-ph
Laser-Polarization Dependence of Betatron X-Ray Production and Angular Collection in Laser-Wakefield Acceleration
Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics (ELI-NP)（极轻基础设施-核物理研究所）；Horia Hulubei National Institute for R&D in Physics and Nuclear Engineering (IFIN-HH)（霍里亚·胡卢贝伊国家物理与核工程研发研究所）；ELI Beamlines Facility, Extreme Light Infrastructure ERIC（极轻基础设施欧洲经济利益集团光束线设施）
研究激光偏振对尾场加速中betatron X射线产生及角向收集的影响，发现LP与CP在不同阶段和靶长下产额各异，LP后期优势因角向展宽而减弱，但整体中心光子更多，CP照明更均匀。
2026-09-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Generation of coherent two-color pulses at the two adjacent harmonics in a seeded free-electron laser
抽运探测技术和非线性光学实验的需求极大地推动了双色自由电子激光的研究。提出了一种在高增益谐波产生（HGHG）自由电子激光中产生相干双色脉冲的新方法。在该方案中，初始倾斜的电子束被发送通过调制器和HGHG自由电子激光器的色散部分，以在种子激光器的谐波处产生聚束。然后采用横向梯度波荡器（TGU）作为辐射器，在这种辐射器中，只有两个分离的倾斜光束将在种子激光的两个相邻谐波处谐振，并能够同时发射相干双色脉冲。两个脉冲之间的时间间隔是数百飞秒的量级，并且可以通过改变电子束的倾斜幅度和/或TGU辐射器的横向梯度来精确控制。数值模拟验证了该方案在极紫外波段的有效性和可行性。
2017-10-21 physics.acc-ph
Laser Heater and seeded Free Electron Laser
本文研究了激光加热器对种子自由电子激光的影响。我们开发了一个模型嵌入的能量调制的影响，由于播种的加热器。目前的分析是兼容的实验结果在费米展示第二个最大值与加热器强度的增加。在本文中开发的治疗确认和扩展以前的分析，并提出证据，可以在未来的实验中测试进一步的效果。
2015-02-16 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
First operation of a harmonic lasing self-seeded free electron laser
谐波激光是X射线自由电子激光用户设备的一种透视操作模式，其允许为用户实验提供更高能量光子的明亮光束。谐波激光的另一个有用的应用是所谓的谐波激光自籽晶自由电子激光（HLSS FEL），其允许改善这些设施的光谱亮度。在过去，谐波激光已被证明在自由电子激光振荡器在红外和可见光波长范围内，但不是在高增益自由电子激光，而不是在短波长。在本文中，我们报告的谐波激射的第一个证据和第一次操作的HLSS自由电子激光在软X射线自由电子激光用户设备FLASH在波长范围内4.5 nm和15 nm之间。在指数增益区，光谱亮度比自放大自发发射（SASE）自由电子激光提高了6倍。与SASE自由电子激光相比，HLSS自由电子激光在具有锥形波荡器的后饱和状态下的性能更好。高增益自由电子激光和短波长谐波激光的首次演示为这种新的操作模式在X射线自由电子激光中的各种应用铺平了道路。
2016-12-14 physics.acc-ph
Fast Polarization Switching Demonstration Using Crossed-Planar Undulator in a Seeded Free Electron Laser
为了研究物质的对称性，需要在很宽的光谱范围内实现光源的快速偏振转换。在这封信中，我们报告的交叉平面波荡器技术在种子自由电子激光，这对充分控制和快速切换的短波长辐射的偏振有很大的希望的第一个实验演示。在实验中，成功地实现了种子激光二次谐波相干辐射偏振态的切换。实验结果证实了理论分析的正确性，为交叉平面波荡器技术在种子X射线自由电子激光中的应用奠定了基础。
2013-11-18 physics.acc-ph physics.optics
Coherent collective amplification of terahertz microbunching seeded by laser frequency beating in relativistic electron beams
Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海高等研究院）；Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics (ELI-NP), Horia Hulubei National Institute for R&D in Physics and Nuclear Engineering (IFIN-HH)（极光大设施-核物理（ELI-NP），霍里亚·胡卢贝伊国家物理与核工程研发研究所（IFIN-HH））
针对自由电子激光太赫兹源，建立非线性模型描述拍频激光加热器注入的微聚束集体演化，揭示短波长双峰机制并优化压缩分配，实现高效可预测的微聚束调控。
2026-09-16 physics.acc-ph
The Performance of Seeded Free-Electron Lasers Through Dispersion Strength Tuning
本文通过分析色散强度对种子化自由电子激光器整体性能的影响，探讨了其优化标准的替代视角，为脉冲特性的控制与设施调谐提供了实用指导。
2024-11-15 physics.acc-ph physics.app-ph
Modeling of three-dimensional betatron oscillation and radiation reaction in plasma accelerators
β振荡是激光或束驱动等离子体尾场加速器中的一种常见现象。在传统的模型中，等离子体尾流对相对论电子提供线性聚焦力，电子在一个横向方向上振荡，电子振荡频率与电子的$1/\sqrtγ$成正比，其中$γ$是电子的洛伦兹因子。用数值方法得到了电子感应加速器时间尺度上的运动的长期方程，并与原始方程进行了比较。除了已经发现的辐射反应引起的纵向和横向阻尼外，我们还根据长期方程给出了纵向相位漂移、电子感应加速器相移和电子感应加速器极化变化等现象。这项工作对未来的等离子体高能加速器和对撞机具有重要的参考价值。
2022-11-01 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Two-colour generation in a chirped seeded Free-Electron Laser
我们提出了一种实验演示的方法，用于产生两个光谱和时间分离的脉冲由外部种子，单程自由电子激光工作在极紫外光谱范围。我们的研究结果，收集在FERMI@Elettra设施和数值模拟证实，证明了控制所产生的脉冲的光谱和时间特征的可能性。在这种模式下工作的自由电子激光成为无抖动双色泵浦探测实验的合适光源。
2013-06-06 physics.acc-ph physics.optics
Generation of stable ultra-relativistic attosecond electron bunches via the laser wakefield acceleration mechanism
在最近的实验中，利用激光尾场加速器（LWFA）在不同的区域产生了超相对论飞秒电子聚束。在这里，我们预测，即使阿秒聚束可以产生的LWFA由于快速感应加速器相位混合内的飞秒电子聚束。阿秒束团在LWFA外是稳定的，可以在真空中传播几十厘米而持续时间没有明显变化。我们的计算表明，阿秒聚束的形成的证据可以发现在相干感应加速器辐射的光谱从LWFA的。
2009-06-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Self-Amplification of Coherent Energy Modulation in Seeded Free-Electron Lasers
用于物质时间分辨精细分析的光谱技术需要具有飞秒持续时间和高平均亮度的相干X射线辐射。种子自由电子激光（FEL）利用外部种子激光的频率上转换来提高时间相干性，是提供完全相干软X射线脉冲的理想选择。然而，由于目前最先进的激光系统的限制，很难以高重复率操作种子自由电子激光器。在这里，我们报告了一种新的自调制方法，用于增强激光诱导的能量调制，从而显着降低了对外部激光系统的要求。在此方案的驱动下，我们在实验上实现了种子自由电子激光器中的高次谐波产生。具有小至1.8倍切片能量扩展的激光诱导能量调制的电子束用于在单级高增益谐波产生（HGHG）设置中的266 nm种子激光器的第7谐波和在两级HGHG设置中的种子激光器的第30谐波处激射。这些结果标志着向高重复率、完全相干的X射线自由电子激光迈出了重要的一步。
2021-02-12 physics.acc-ph physics.optics
Chirped seeded free-electron lasers: self-standing light sources for two-colour pump-probe experiments
我们证明了在一个新的动力学制度，它可以被利用来执行双色泵浦探测实验中的真空紫外/X射线域，使用的自由电子激光发射既作为一个泵和作为一个探针，运行单通自由电子激光的可能性。所研究的制度是通过触发自由电子激光过程与强大的激光脉冲，携带一个显着的和可调的频率啁啾。因此，发射的光最终被分成两个子脉冲，其光谱和时间间隔可以独立控制。我们提供了一个理论描述这种现象，这是在FERMI@Elettra自由电子激光上进行的实验，发现在很好的协议。
2012-08-09 physics.acc-ph physics.optics
Ultra-high harmonic conversion of a seeded free-electron laser via harmonic optical klystron
本文提出一种结合谐波光学速调管与EEHG的新方法，将FEL的谐波转换阶数提升至约90，能产生波长3 nm的强且几乎完全相干的FEL脉冲，且所需种子激光强度更低，利于高重复率运行。
2024-04-26 physics.acc-ph physics.optics
Coherent photon beam based diagnostics for a seeded extreme ultraviolet free-electron laser
独立于基于电子束的过程，基于光子束的诊断是用于高增益短波长自由电子激光（FEL）中的众多波荡器单元的对准和调试的替代方式。利用种子激光调制电子束和波荡器微调技术，提出了种子自由电子激光相干光子束诊断方法，并给出了在上海深紫外自由电子激光实验装置上的初步实验结果。它表明，从一个单独的或两个连续的波荡器段的相干谐波辐射的空间分布可以用来优化电子束轨迹，以验证波荡器磁隙，并调整两个波荡器段之间的相位匹配。
2013-12-08 physics.acc-ph physics.optics
Three-dimensional manipulation of electron beam phase space for seeding soft x-ray free-electron lasers
在这封信中，提出了一种简单的技术，诱导强的密度调制到电子束与小的能量调制。通过采用横向色散电子束和波前倾斜种子激光器的组合，可以利用电子束相空间的三维操纵来显著增强种子自由电子激光方案的微聚束，这将改善单级种子自由电子激光的性能并扩展其短波长范围。理论分析和数值模拟证明了该技术在软X射线自由电子激光中的应用能力。
2014-04-18 physics.acc-ph
Study of external electron beam injection into proton driven plasma wakefields for AWAKE Run2
我们描述了一种用于AWAKE实验的外部电子注入方案。我们使用散射在两个箔，这是必要的真空窗口和激光束转储，以减少输入电子束注入和匹配到等离子体尾场驱动的自调制质子束流的电子感应加速器功能。我们发现，对于总铝箔厚度为$\sim 280\, μ$ m，多次库仑散射增加了由一个因素的$\sim 10$的束流发射度和减少了由一个因素的$\sim 3$的电子感应加速器功能。加速器中的等离子体由电离激光脉冲产生，相对于电子束反向传播。这允许电子聚束通过“无限”尖锐的蒸气-等离子体边界进入等离子体，远离箔。
2019-11-27 physics.acc-ph
Self-Seeded Free-Electron Lasers with Orbital Angular Momentum
携带轨道角动量（OAM）的X射线束是探测物质的新兴工具。光学元件，如螺旋相位板和波带板，已被广泛用于产生OAM光。然而，由于高的撞击强度，这些光学器件在X射线自由电子激光（XFEL）处使用是具有挑战性的。在这里，我们提出了一种自种子自由电子激光方法产生强烈的X射线涡旋。与放大后的无源滤波不同，光学元件将用于在线性状态中引入螺旋相位，从而显著降低光学元件上的热负荷。然后，所生成的OAM脉冲被用作种子并被显著放大。理论分析和数值模拟表明，OAM种子脉冲的功率可以放大两个数量级以上，达到几十千兆瓦的峰值功率。该方法为获得高功率、高重复频率的自由电子激光OAM脉冲奠定了基础。
2022-08-18 physics.acc-ph physics.optics
Advanced Externally Seeded FEL Schemes for High-Repetition-Rate Operation at SHINE
Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences（上海高等研究院，中国科学院）
本文提出三种兼容的高重复率种子FEL配置，通过自调制级联HGHG、自调制EEHG和直接放大驱动EEHG，实现超过30次谐波的MHz级运行。
2026-05-28 physics.acc-ph
High-repetition-rate seeded free-electron laser enhanced by self-modulation
最近，已经提出了弱预聚束电子束的自调制方案[Yan等人，Physical Review Letters 126，084801（2021）]，其对于高重复率种子自由电子激光（FEL）（例如高增益谐波产生（HGHG））具有很大的希望。本文对自调制方案进行了系统的分析和优化，并进一步进行了自调制器谐振在种子激光二次谐波处的实验。三维数值模拟结果表明，通过优化光束尺寸或峰值电流，自调制方案中所需的种子激光强度比标准HGHG低约3个数量级。更重要的是，通过合理设置自调制器的初始能量调制和谐振频率，单级HGHG可以获得更显著的聚束因子和种子激光30次谐波输出。此外，实验结果证实，改变自调制器的谐振条件仍然可以放大激光诱导的能量调制，其中甚至可以观察到在12次谐波处产生的相干辐射。结果表明，自调制方案在提高谐波上转换效率的同时，显著降低了对种子激光系统的要求，为实现高重复频率全相干软X射线自由电子激光器奠定了基础。
2022-06-07 physics.acc-ph physics.optics
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
Methods of Laser Cooling of Electron Beams in Storage Rings
讨论了储存环中粒子束的激光冷却方法和罗宾逊阻尼判据。研究了径向位移激光束与电子相互作用过程中电子感应加速器振荡幅度和瞬时轨道的动力学特性。
2002-02-18 physics.acc-ph physics.class-ph
Self-enhanced coherent harmonic amplification in seeded free-electron lasers
提出基于自调制和超辐射的种子自由电子激光新方案，在MHz重复率下产生水窗范围内约2GW的飞秒软X射线脉冲，实验验证了高达15次谐波的自增强相干信号产生。
2023-06-29 physics.acc-ph physics.optics
Development of LPA based hard X-ray sources at ELI Beamlines
本文报道了基于激光等离子体加速器的ELI束线X射线源的研制。ELI Beamlines的主要目标之一是为来自不同研究领域的用户提供超短粒子束和复杂X射线源。两个基于激光等离子体加速（LPA）的高光子通量硬X射线电子感应加速器源正在调试中。第一个源是位于实验大厅E2的伽马射线管束线。它提供的X射线脉冲的能量从1-100 keV的电子感应加速器和高达一个MeV的康普顿计划。设计了一种新型的X射线光学器件，作为这些硬X射线源的聚焦光学器件，以供用户使用。基于LPA的第二个硬X射线源正在ELI等离子体物理平台（P3）中开发，该平台将用作有源诊断HED和实验室天体物理学、多束实验和基础研究。这个源程序现在正在调试中，我们将呈现第一个实验结果。此外，我们提出了一种新的方案，用于增强X射线通量的基础上的电子感应加速器振荡增强的非线性共振，由于与双色激光场的相互作用。此外，我们将介绍一种新的光学探测技术，具有高灵敏度，以表征低密度气体目标的激光等离子体加速器。这是通过采用探测光束多次通过物体并在各次通过之间中继成像物体来实现的。
2022-07-13 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Dynamics of Femtosecond Electron Bunches
在激光尾流场加速器中，一束持续时间为等离子体波周期量级的短脉冲激光将激发出异常强的等离子体尾流波（激光尾流场）。最近关于激光尾场加速的实验[Nature（London）431，p.535，p.538，p.541（2004）]证明了具有百分之几数量级的相对低能量扩展的超短（具有几飞秒的持续时间）相对论性电子聚束的产生。我们研究了这种聚束在真空和激光尾流场中的动力学。结果表明，在这两种情况下，强大的聚束动力学已经在几毫米的传播距离。在真空中，束团半径和发射度迅速增长。后者是一群人的可聚焦性。我们发现，当飞秒束团在通道引导的激光尾流场中加速时，对于实际的束团长度，束团长度近似守恒。然而，在电子感应加速器频率的扩展导致快速电子感应加速器相位混合在轴上注入的聚束包络。当束团离轴注入激光尾流场中时，束团退相干导致束团归一化发射度的显著增加，在某些情况下，加速后束团的能量扩展也会增加。我们还讨论了一种可能的两级激光尾场加速器。
2007-08-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Comment to the paper: 'Seeded quantum FEL at 478 keV' AIP Conf. Proc. 'Light at Extreme Intensities' 1462 173-176 (2012)'
我们批评了论文'Seeded quantum FEL at 478 keV' AIP Conf. Proc.'Light at Extreme Intensities'，1462 173-176（2012），其提出了通过由125 MeV的电子束驱动的种子量子FEL产生478 KeV的伽马射线的可能性，电流I=40 A，与红外激光相互作用。我们表明，在分析的情况下，自由电子激光皮尔斯参数的值两个数量级小于所声称的文件中的问题，推翻了分析的结论。
2012-12-19 physics.acc-ph quant-ph
Novel opportunities for sub-meV inelastic X-ray scattering at high-repetition rate self-seeded X-ray free-electron lasers
非弹性X射线散射（IXS）是研究凝聚态平衡动力学的重要工具。最近提出的一种用于超高分辨率IXS的新谱仪（UHRIX）已分别实现了0.6 meV和0.25 nm $^{-1}$的光谱和动量传递分辨率。然而，需要进一步改进到0.1~meV和0.02~nm $^{-1}$，以缩小高频和低频探针之间的能量-动量空间的差距。我们表明，这一目标可以通过进一步优化X射线光学和通过增加入射X射线脉冲的光谱通量来实现。UHRIX在5至10 keV的能量下表现最佳，其中在欧洲XFEL的SASE-2光束线处的自播种和波荡器渐缩的组合承诺与饱和时的标称SASE脉冲相比，平均光谱通量增加高达100倍，或者比基于存储环的辐射源可能增加三个数量级。波动光学传播表明，在$90$ - $μ$ eV带宽中，样品上可以实现约$7\times 10^{12}$ ~ph/s。这将为IXS的动力学研究提供独特的新可能性。
2015-08-08 physics.acc-ph physics.optics
Obliquely Incident Laser and Electron Beam Interaction in an Undulator
激光束的角漂移在诸如种子自由电子激光的应用中是特别关注的。本文系统地研究了波荡器中斜入射激光与电子束的相互作用。理论分析和数值模拟表明，这种相互作用会同时对电子束产生能量调制和角度调制。与垂直入射的情况相比，斜入射的激光-电子相互作用导致HHG和EEHG的聚束因子减小。同时，这种多维调制技术的积极应用将为激光电子操纵领域带来新的活力
2019-07-02 physics.acc-ph
Free electron lasers assisted by pseudo energy bands
提出了一种高增益谐波产生自由电子激光（HGHG FEL）的新方案。激光束的干涉引起能量-时间相空间中的二维调制，因为电子能量和在色散方向上的位置之间的强相关性。这最终在电子束中形成伪能带，这导致HGHG FEL中以与使用回波效应的公知方案类似的方式有效地产生谐波，其中对能量调制的要求更加宽松。
2017-03-16 physics.acc-ph
Seeded quantum FEL at 478 keV
首次提出了478 keV的种子γ量子自由电子激光器（QFEL）的概念，它与经典的量子自由电子激光器相比具有非常不同的性质。基本概念是通过SASE产生高亮度γ束。为了产生高强度的相干γ束，我们打算采用种子自由电子激光方案。对于这种γ束的产生来说，重要的是用于聚焦的新型折射γ透镜和有效的单色器，其允许产生非常强烈和相干的种子束。γ射线束的能量为478 keV，对应于亚强流区（1/38 λ）的波长。为了实现478 keV的相干γ束，必须采用量子自由电子激光设计。在如此高的辐射能量下，γ-自由电子激光的经典描述是错误的。
2012-01-23 physics.acc-ph physics.optics
Profiling and variation of laser pulse parameters as a way to preserve the stability of self-injected bunches during excitation of a wakefield in plasma
该研究针对等离子体尾场激发中自注入束团易因横向电子感应加速振荡损毁的问题，通过X射线激光脉冲链的参数整形与调控，找到了获得稳定高质量束团的参数，为解决该问题提供了可行方案。
2023-10-10 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High brightness and fully coherent x-ray pulses from XFELO seeded high-gain FEL schemes
硬X射线自注入实验在LCLS的成功运行开启了全相干硬X射线自由电子激光（FEL）的时代。然而，拍摄到拍摄的辐射波动仍然是一个严重的问题。本文提出并研究了利用X射线振荡器产生的窄带宽辐射信号作为种子源的高增益、单通X射线自由电子激光方案，以期产生高亮度、完全相干、稳定的X射线脉冲。建立了一个简单的模型，计算了X射线自由电子激光振荡器输出脉冲的时间结构和光谱结构。并分别考虑了使用两个同步加速器和使用一个加速器的方案。
2013-05-06 physics.acc-ph physics.optics
Two-bunch seeding of soft X-ray free electron lasers
本文提出一种用于软X射线自由电子激光的双束团种子注入方案，通过低电流种子束团与高电流放大束团的配合，有效克服了标准HGHG方案的激光功率限制与束流动力学效应影响，并在FLASH装置的仿真中于4 nm波长实现数吉瓦级脉冲输出。
2024-06-28 physics.acc-ph
Self-seeded photon acceleration by electron beam-driven transition radiation
提出以驱动电子束产生的渡越辐射作为自种子，在两级均匀等离子体中实现光子加速，克服外部激光同步与对准难题。
2025-06-06 physics.acc-ph physics.optics 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
