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
Accurate single-shot measurement technique for the spectral distribution of GeV electron beams from a laser wakefield accelerator
我们提出了一种技术，基于偶极磁谱仪包含多个闪烁屏，精确地表征激光尾流场加速（LWFA）产生的GeV电子束的光谱分布。提出了一种优化算法，并编制了相应的数值计算程序，实现了单次测量电子束角、发散角和能谱的轨迹跟踪和重建。通过与电子束轨迹的蒙特卡罗模拟结果的比较，验证了该程序的有效性。我们应用该方法来分析从激光尾场加速实验中获得的数据，使用多拍瓦激光器加速电子束到多GeV的能量。我们的技术提供了更高的准确性，忠实地表征电子束与不可忽略的拍摄到拍摄的光束指向波动，特别是在国家的最先进的多GeV LWFA实验，以推动能源前沿。
2019-07-04 physics.acc-ph physics.ins-det physics.plasm-ph
Natural noise and external wake field seeding in a proton-driven plasma accelerator
本文讨论了质子束流驱动等离子体加速器中自然散粒噪声散粒噪声的水平。等离子体尾流场所需的播种必须大于累积的散粒噪声。这是产生的尾流轴对称和加速质量的必要条件。我们开发的噪声场的分析理论，并比较它与多维模拟。看来，在等离子体中产生的自然噪声尾场由在欧洲核子研究中心的超质子同步加速器（SPS）聚束是非常低的，在几个10千伏/米的水平。这一幸运的事实减轻了对种子的要求。我们的三维模拟表明，即使是几十兆电子伏的电子束前体的一个非常温和的强度是足够的种子质子束自调制等离子体。
2012-04-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Temporal evolution of longitudinal bunch profile in a laser wakefield accelerator
由于其超短的持续时间和峰值电流在kA范围内，激光尾场加速电子束团是有前途的驱动器，用于超快X射线产生的紧凑型自由电子激光器（FEL），汤姆逊散射或电子感应加速器源。在这里，我们提出了第一个单次拍摄，高分辨率的测量的纵向聚束轮廓，而无需事先假设的聚束形状。我们的方法允许复杂的功能，如多束结构，被检测。改变气体目标的长度，从而改变加速长度，使得能够评估加速过程期间的聚束轮廓演变。我们发现一个最小的聚束持续时间为4.2 fs（半高全宽），拍摄到拍摄的波动为11%均方根。我们的研究结果表明，激光能量耗尽后，从激光驱动的粒子驱动的尾场发生的过渡，与二次聚束的注入。由此产生的双聚束结构可能作为一个优雅的方法，驾驶员见证型实验，即允许一个非失相限制加速的二次聚束在等离子体加力阶段。
2014-06-25 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
Single-Shot Intensity-Correlation Diffractive X-ray Imaging of ICF Plasmas
Princeton University（普林斯顿大学）；Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）
提出单次强度关联衍射成像（IDI）方法，利用Hanbury Brown-Twiss效应和双谱闭合相位约束，通过混沌远场散斑的空间相关性傅里叶变换重建等离子体形态，实现亚微米湍流测量。
2026-06-26 physics.plasm-ph
Single-shot multi-keV X-ray absorption spectroscopy using an ultrashort laser wakefield accelerator source
利用激光尾场加速器产生的多keV X射线进行了单次吸收测量。用200 TW激光器驱动激光尾流场加速器，产生最大能量超过1 GeV、发散角为$\approx15$毫弧度半高宽的宽带电子束。这些电子的Betatron振荡在5 keV区域产生$1.2\pm0.2\times10^6$光子/eV，具有约300：1的信噪比。这足以允许在Single Shot中在钛样品的K边缘处进行高分辨率XANES测量。我们证明，这个源是能够单次拍摄，同时测量的电子和离子分布的物质加热到电子伏特的温度与DFT模拟比较。高通量、大带宽、几飞秒持续时间的X射线脉冲与高功率激光同步的独特组合将使超快能量过程（如电子-离子平衡）的研究取得关键进展。
2019-12-05 physics.ins-det 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
Extended X-ray absorption spectroscopy using an ultrashort pulse laboratory-scale laser-plasma accelerator
本文利用激光尾波场加速器在单次发射中观测到铜K边250 eV窗口内的EXAFS特征，同时获取电子与离子结构信息，为探测高能量密度物质和远离平衡态物理提供了实验室级超快X射线吸收光谱新手段。
2024-07-01 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Robustness Optimization for Compact Free-electron Laser Driven by Laser Wakefield Accelerators
University of Shanghai for Science and Technology（上海理工大学）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
本文提出利用CMA-ES优化方法，提升由激光诱导场加速器驱动的紧凑自由电子激光在脉冲波动下的鲁棒性，实现稳定运行。
2026-02-03 physics.plasm-ph
Controlled acceleration of GeV electron beams in an all-optical plasma waveguide
激光等离子体加速器产生100 GV/m量级的电场，比射频加速器大1000倍以上。由于这种独特的场强，它们似乎是产生超过TeV电子束的有希望的路径，用于高能物理。然而，如果大的电场不保持在长距离上，则它们几乎没有益处。因此，引导驱动加速器的超强激光脉冲至关重要。如果电子束的性质在一次又一次地完全改变，那么达到很高的能量同样是无用的。虽然目前最先进的激光等离子体加速器已经可以通过调整等离子体结构来分别解决引导和控制的挑战，但结合高质量和高能量的光束的产生还有待证明。在这里，我们使用了一种新的方法来引导激光，并将其与受控注入技术相结合，以证明从50 TW级激光器可靠有效地加速高达1.1 GeV的高质量电子束。
2021-08-06 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
Matched Guiding and Controlled Injection in Dark-Current-Free, 10-GeV-Class, Channel-Guided Laser Plasma Accelerators
本文研究了通道引导激光等离子体加速器中500 TW激光的匹配引导与受控注入，实验实现无暗电流的9.2 GeV准单能电子加速，并通过模拟证明激光模式控制可显著改善束流参数。
2024-08-01 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Multi-GeV electron bunches from an all-optical laser wakefield accelerator
我们提出了多GeV的激光尾场加速在一个完全光学形成的等离子体波导的第一个演示，与加速梯度高达25 GeV/m。该波导是通过在低密度氢气射流中自波导<15 J，45 fs（<~300 TW）脉冲超过20 cm形成的，同时加速电子聚束在毫弧度发散准单能峰中被驱动到5 GeV，相对能量宽度为~15%，电荷至少为~10皮库仑。在N_e0=（1.3-3.2）x10^17 cm^（-3）的范围内，能量增益与轴上波导密度成反比。我们发现，束团光谱和电荷的连续稳定性强烈依赖于注入激光脉冲的指向和气体射流的均匀性。我们还观察到泵浦耗尽引起的失相的证据，长的光引导距离的后果。
2021-12-08 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Compact Spectral Characterization of 5-500 MeV X-rays from the Texas Petawatt Laser-Driven Plasma Accelerator
我们重建从500 MeV - 2 GeV的激光等离子体电子加速器产生的二次X射线的光谱。由吸收材料和成像板的交替层制成的紧凑型（7.5 $\times$ 7.5 $\times$ 15 cm）模块化X射线热量计记录单次激发X射线深度能量分布。X射线的范围从几MeV的逆康普顿散射X射线到$\sim$ 100 MeV的平均韧致辐射能量，并且通过相同的量热计检测器单独表征。Geant 4模拟能量沉积从单能X射线在堆栈中生成一个能量与深度响应矩阵给定的堆栈配置。基于逆康普顿散射和韧致辐射光子能量分布的分析模型的快速迭代重建算法在$\sim10$秒内展开X射线光谱。
2021-06-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Bright X-ray radiation from plasma bubbles in an evolving laser wakefield accelerator
我们表明，由激光尾场加速器产生的电子束和明亮的x射线的属性可以预测，如果考虑到的距离，激光自聚焦和压缩之前的自注入。基于等离子体气泡内的光束振荡的模型表明，当等离子体长度与激光耗尽长度相匹配时，性能得到优化。对于200 TW激光脉冲，这导致X射线束具有\unit [20]{keV}的中值光子能量，$> 6\times 10^{8}$光子高于\unit [1]{keV}/发射，并且峰值亮度为$\unit[3 \times 10^{22}]{photons~s^{-1}mrad^{-2}mm^{-2} (0.1\% BW)^{-1}}$。
2020-05-06 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Stable and polarized Betatron x-ray radiation from a laser plasma accelerator in ionization injection regime
激光等离子体相互作用产生的Betatron X射线源具有高亮度、飞秒量级和宽谱带的特点。然而，尽管有这些独特的功能，Betatron源有一个严重的缺点，阻止其用于应用。它的属性显着不同的镜头到镜头和迄今为止进行的开发没有解决这个问题。在这封信中，我们提出了一个简单的方法，可以产生稳定和明亮的Betatron X射线束。此外，我们证明了该方案提供了偏振和易于调谐的辐射。实验结果表明，光束指向稳定性优于光束发散角的10%，光束通量波动在20%量级，偏振度可达80%
2015-09-29 physics.plasm-ph
Characterization and Application of Hard X-Ray Betatron Radiation Generated by Relativistic Electrons from a Laser-Wakefield Accelerator
与传统的加速器相比，需要具有更高亮度、更短波长和更短脉冲持续时间的紧凑的台式X射线源，这导致了基于激光等离子体加速器的互补源的发展。短脉冲激光与欠密等离子体的相对论相互作用导致电子加速，从而发射空间相干辐射，这在文献中称为电子感应加速器辐射。在这篇文章中，我们报告了我们最近的结果，在迅速发展的领域的二次X射线辐射产生的高能电子脉冲。电子感应加速器辐射的特点是一个新的设置，允许测量能量，空间能量分布在远场的光束和源的大小在一个单一的激光射击。此外，测量每次激光照射的偏振状态。通过这种方式，发射的电子感应加速器X射线可以用作非侵入性诊断工具，以检索等离子体波内的电子动力学的非常微妙的信息。在实验的同时，进行了三维粒子模拟，模拟结果与实验结果吻合较好。
2015-03-25 physics.plasm-ph
Transmutation prospect of long-lived nuclear waste induced by high-charge electron beam from laser plasma accelerator
研究了激光等离子体加速器产生的高电荷相对论电子束对长寿命核废料的光嬗变作用。利用高强度激光与近临界密度等离子体相互作用产生了高电荷量约100 nC的相对论准直电子束。这样的电子束撞击在高Z电子束上，然后辐射出高能韧致辐射光子，其通量接近每次激光发射10^{11}。以长寿命放射性核素^{126}Sn为例，所产生的嬗变反应产额为每次激光照射10^{9}的数量级，这比以前的研究高出两个数量级。研究发现，在较低的密度下，聚焦激光照射较长的NCD等离子体可以有效地提高嬗变效率。此外，考虑到混合核素废物样品的光嬗变，这表明激光加速高电荷电子束可能是一种有效的工具，嬗变长寿命核废物。
2017-05-16 physics.plasm-ph
9 GeV Energy Gain in a Beam-Driven Plasma Wakefield Accelerator
在1.3m长的电子束驱动等离子体尾场加速器中，电子束获得了9 GeV/粒子的最大能量。在光谱峰中加速的电荷量为28.3 pC，均方根能量扩展为5.0%。平均加速电荷和能量增益每粒子的215杆数据集分别为115 pC和5.3 GeV，对应的加速度梯度为4.0 GeV/m的光谱峰值。数据集的平均能量分布为5.1%。这些结果是一致的外推的先前报告的能量增益的结果，使用较短的，36厘米长的等离子体源，在10%以内，表明一个非演变的尾流结构，可以传播的距离超过一米的长度。尾流加载效应是明显的，通过观察到的各种光谱特性和加速电荷的量之间的强依赖性的数据。
2015-11-20 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Optimization and stabilization of a kilohertz laser-plasma accelerator
最近已经表明，在千赫兹重复率的激光等离子体加速工作在两个不同的制度，与脉冲长度为30 fs或3.5 fs。我们现在报告的系统研究中，一个大范围的脉冲宽度和等离子体密度进行了研究，通过连续调谐的激光光谱带宽。事实上，可以区分两个LPA过程，其中具有5.4 pC电荷和峰值在2-2.5 MeV的光谱的最高质量的光束是用在中等等离子体密度中传播的短脉冲获得的。通过Particle-in-Cell模拟，这两种不同的加速过程得到了充分的解释。最后，我们继续展示我们的LPA加速器连续稳定运行5小时的结果，积累了超过$\mathrm{18\times10^6}$的连续发射，电荷为2.6 pC，峰值为2.5 MeV的光谱。通过PIC模拟对激光驱动器能量影响的参数研究强调，由于微尺度密度梯度注入，获得了这种前所未有的稳定性。总之，这些结果代表了一个重要的一步，稳定的激光等离子体加速电子束在千赫重复率。
2020-12-17 physics.acc-ph physics.plasm-ph
A bremsstrahlung gamma-ray source based on stable ionization injection of electrons into a laser wakefield accelerator
激光尾场加速可以产生毫米量级的超短、高亮度相对论电子束。虽然这些特征对于许多应用是感兴趣的，但是源仍然受到电子注入过程的差的稳定性的限制。在这里，我们提出的结果，在纯氮和氩的电子注入和加速。我们观察到稳定的，连续的电离诱导电子注入到尾场激光功率超过7 TW的阈值。光束电荷与激光能量近似线性地成比例，并且受到光束负载的限制。对于40 TW激光脉冲，我们测量到每次发射的最大电荷几乎为1 nC，主要来自能量小于10 MeV的电子。相对较低的能量、高电荷和稳定性使该光源非常适合无损检测等应用。因此，我们证明了生产的高能辐射通过韧致辐射转换在1赫兹的重复率。根据Geant 4蒙特卡罗模拟，我们测量的γ射线源的尺寸小于100微米的0.5毫米钽转换器放置在2毫米从加速器出口。此外，我们提出了图像质量指标的射线照片。
2016-01-19 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
Stable 50 MeV Beams from a 100 Hz Laser-Wakefield Accelerator Driven by an OPCPA Laser
Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie (IJCLab), UMR 9012（伊雷娜·约里奥-居里双无穷大物理实验室）；Laboratoire d’Optique Appliquée (LOA), CNRS, École polytechnique, ENSTA, Institut Polytechnique de Paris（应用光学实验室）；Department of Physics, Lund University（隆德大学物理系）；FTMC – Center for Physical Sciences and Technology（物理科学与技术中心）；Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心）
本研究利用OPCPA激光器驱动100 Hz激光尾场加速器，产生稳定准单能电子束，通过非线性自聚焦实现局域电离注入，为高平均功率加速器奠定基础。
2026-09-23 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High-brilliance betatron gamma-ray source powered by laser-accelerated electrons
激光驱动等离子体加速的最新进展现在可以将电子加速到几千兆电子伏。利用这些新的加速器，超短，紧凑和空间相干的X射线源，称为电子感应加速器辐射已被开发和应用于高分辨率成像。然而，电子感应加速器源的范围受到低能量效率和几十千伏范围内的光子能量的限制，这例如禁止将这些源用于探测致密物质。在这里，基于三维粒子模拟，我们提出了一个原始的混合方案，结合了低密度激光驱动的等离子体加速器与高密度束驱动的等离子体辐射器，从而大大增加了光子能量和辐射能量的电子感应加速器源。能量效率也大大提高，约1%的激光能量转移到辐射，当使用15 J激光脉冲时，伽马射线光子能量超过兆电子伏范围。这种高亮度混合电子感应加速器源为需要MeV光子的广泛应用开辟了道路，例如通过光核反应生产医用同位素，国防或工业领域中致密物体的射线照相以及核物理成像。
2017-11-23 physics.plasm-ph
Physics-Informed Drift Diagnosis for Laser-Plasma Accelerator Operations
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Tau Systems Inc（Tau系统公司）
本文提出基于潜在状态空间模型和扩展卡尔曼滤波的激光等离子体加速器漂移诊断方法，通过分离发射与转移模型实现两阶段归因，并验证其有效性。
2026-09-21 physics.acc-ph physics.data-an physics.plasm-ph
Compact Spectroscopy of keV to MeV X-rays from a Laser Wakefield Accelerator
我们重建光谱的二次X射线从一个可调谐的250-350兆电子伏的激光尾场电子加速器从单次拍摄的X射线深度能量测量在一个紧凑的（7.5 $\times$ 7.5 $\times$ 15厘米），模块化的X射线热量计交替层的吸收材料和成像板。X射线的范围从几keV的电子感应加速器到几MeV的逆康普顿到>100 MeV的韧致辐射，并且可以单独或混合使用。Geant 4模拟单能量X射线在堆栈中的能量沉积，生成给定堆栈配置的能量与深度响应矩阵。一个迭代重建算法的基础上的分析模型的电子感应加速器，逆康普顿和韧致辐射光子能量分布，然后展开X射线光谱，通常在一分钟内。我们讨论了测量和重建方法的不确定性，局限性和扩展。
2021-03-02 physics.plasm-ph
Resonantly excited betatron hard X-Rays from Ionization Injected Electron Beam in a Laser Plasma Accelerator
本文报道了一种在激光尾场电子加速器中用纯氮气产生硬x射线的新方案。强Betatron x射线束产生电离注入氮的K壳层电子到加速波桶。X射线辐射显示出类同步辐射谱，总光子产额为8 $\times$ 10 $^8$ /次，$10^8$超过110 keV。特别地，在相同的激光参数下，与氦气的情况相比，电子感应加速器硬X射线光子产额高10倍。粒子模拟表明，x射线产额的提高是由于电离注入，这使得电子能够快速加速到驱动激光区，随后进行电子感应加速器共振。采用本方案，单级氮气靶可用于产生稳定的高亮度电子感应加速器硬x射线束。
2015-06-29 physics.plasm-ph
Temporal characterization of ultrashort linearly chirped electron bunches generated from a laser wakefield accelerator
本文介绍了一种利用激光尾场加速器产生的线性能量啁啾诊断超短电子束团时间特性的新方法。当电离注入束团与驱动激光器的背面相互作用时，它沿激光器的电场方向偏转和拉伸。在离开等离子体时，如果聚束穿过偶极磁体前面的窄缝，该窄缝将电子分散在激光偏振平面中，则它可以形成一系列具有不同能量但被半个激光波长分开的聚束。由于只有未被激光偏转的电子才能通过狭缝，因此束团的能谱被调制。通过分析调制能量谱，可以识别出束团具有线性能量啁啾的激发。因此，这些聚束的能量啁啾和束流分布可以重建。通过粒子模拟和实验验证了该方法的有效性。
2016-04-12 physics.plasm-ph
Global Characterization of a Laser-Generated Neutron Source
该研究利用泰坦激光器加速质子轰击氟化锂转换器产生中子，通过多种独立诊断手段全局表征中子源，测得每发中子产额2×10^9个，角度依赖性适中，与模拟相符。
2023-12-21 nucl-ex physics.acc-ph physics.plasm-ph
Bright dual-pulse betatron X-ray generation from a laser wakefield accelerator
Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）；Zhengzhou University（郑州大学）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；Tsinghua University（清华大学）
该研究基于密度定制气体混合靶，通过电离诱导与激波前沿触发注入产生双电子束团，实验实现每发10^10光子的高通量双脉冲贝塔tron X射线源，为实验室超快X射线光谱学提供紧凑型方案。
2026-08-19 physics.plasm-ph
Brilliant circularly polarized $γ$-ray sources via single-shot laser plasma interaction
圆偏振（CP）$γ$射线源在核物理、高能物理和天体物理中有着广泛的应用。基于激光等离子体的粒子加速器提供了比传统方法高得多的通量$γ$射线源的可达性，然而，在传统方法中，发射的$γ$光子的圆偏振特性被用来被忽略。在这封信中，我们表明，灿烂的CP $γ$ -射线光束可以通过激光等离子体尾场加速和等离子体镜技术相结合产生。在弱非线性Compton散射方案中，在中等激光强度下，驱动激光的螺旋度可以转化为出射的$γ$ -光子，它们的平均偏振度可以达到约$\sim 37\%$（$21\%$），峰值亮度为$\gtrsim 10^{21}~$ photons/（s $\cdot$ mm $^2 \cdot$ mrad $^2 \cdot$ 0.1%BW），能量约为1 MeV（100 MeV）.此外，我们所提出的方法是容易可行的和强大的激光和等离子体参数。
2021-11-22 physics.plasm-ph
Quasi-monoenergetic electron beams production in a sharp density transition
使用激光等离子体加速器，实验与80 TW和30 fs的激光脉冲显示准单能电子谱的最大能量超过0.4 GeV。这是使用超音速He气体射流和由高强度激光交叉前脉冲聚焦在主激光脉冲之前3 ns产生的尖锐密度斜坡来实现的。通过调整气体射流内部的交叉预脉冲位置，在电子注入的激光束中，超过40%的激光束可以产生准单能谱。这可能成为一个相对简单的技术来控制激光尾场电子束参数。
2012-10-02 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Ultrafast Pulse Radiolysis Using a Terawatt Laser Wakefield Accelerator
我们报告的第一个超快脉冲辐解瞬态吸收光谱测量从太瓦超快高场设施（TUHFF）在阿贡国家实验室。TUHFF拥有一个20 TW的钛：蓝宝石激光系统，使用激光尾场加速产生10 Hz的2.5 nC亚皮秒脉冲的多MeV电子。该系统已专门优化为动力学测量的泵探测方式。这需要对许多发射进行平均，这需要稳定、可靠地产生电子脉冲。后者被用来产生过量的电子在脉冲辐解液态水和高氯酸的浓溶液。酸性溶液中的水合氢离子与水合电子反应，导致在皮秒时间尺度上在800 nm处的瞬态吸光度的快速衰减。几皮秒的时间分辨率已被证明。电流时间分辨率主要由样品的物理尺寸和检测灵敏度决定。亚皮秒时间分辨率可以通过使用更薄的样品、更灵敏的检测技术和改进的电子束质量来实现。
2006-08-09 physics.ed-ph 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
Optimal Parameters for Radiation Reaction Experiments
随着新的激光设备的发展，其强度达到10^22 ~ 10^24 W·cm^-2，理解强场量子电动力学过程（如量子辐射反应）的影响变得越来越重要，因为在这些强度下，强场量子电动力学过程将在激光-等离子体相互作用中发挥主导作用。最近的全光学实验，其中GeV电子从激光尾场加速器遇到一个反向传播的激光脉冲与a_0 > 10，产生的辐射反应的证据，但没有最终确定量子效应，也没有最合适的理论描述。在这里，我们展示了碰撞的数量和实现这一目标所需的条件，基于现实条件下的辐射反应实验的模拟活动。我们的结论是，虽然光子谱的临界能量区分经典和量子校正模型，区分随机和确定性量子模型的一个更好的手段是在电子能量扩散的变化。这是强大的打击到射击波动和必要的激光强度和电子束能量已经可用。例如，我们表明，只要电子能量分布低于25%，在a_0 = 10与电子能量为500 MeV的碰撞可以区分不同的量子模型在30下的镜头，即使镜头到镜头的变化在50%的水平。
2019-01-25 physics.plasm-ph
Demonstration of the synchrotron-type spectrum of laser-produced Betatron radiation
在激光等离子体加速器中，当电子在激光尾流场中被加速和摆动时，产生了Betatron X射线辐射。利用10 ~ 100太瓦的高功率激光，在不同的相互作用机制下观测到了这种飞秒源，它产生的强X射线束在几千电子伏范围内。然而，所进行的光谱测量都没有足够的分辨率、带宽和信噪比来精确地确定单次激光发射的光谱形状，以避免发射到发射的波动。本文用单光子计数法对80 TW激光产生的Betatron辐射进行了表征。我们测量Single Shot光谱从8到21 keV的分辨率优于350 eV。所得到的结果与理论预测非常一致，并证明了这种辐射机制的同步加速器型性质。在我们的实验条件下，临界能量为Ec = 5.6 \pm 1 keV.此外，在这个能量范围内的源的功能打开新的前景，在时间分辨X射线科学的应用。
2011-04-12 physics.plasm-ph
Pulse Shaping Increases Efficiency in Pulsed Plasma Accelerators
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Texas Materials Institute, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校材料研究所）
本研究通过可编程脉冲整形技术，利用固态集成功率模块调控脉冲参数，使气体馈送型脉冲电磁推进器的比冲提升278%、推力效率从0.2%升至3.3%，优化了推进器性能。
2026-08-03 physics.plasm-ph
Dissipation of electron-beam-driven plasma wakes
米级等离子体尾场加速器已经使单个纳米库仑电子束获得了接近10千兆电子伏的能量增益。然而，为了达到有用的平均电流，驱动器沉积到尾流中的巨大能量密度必须在发射之间有效地去除。然而，尾迹将其能量耗散到周围等离子体中的机制仍然知之甚少。在这里，我们报告ps-时间分辨，掠射角光学阴影测量和大规模的粒子在细胞模拟的离子通道出现从破碎的唤醒，从SLAC直线加速器产生的电子束在稀薄的锂等离子体。测量结果显示，通道边界以每秒100万米的速度径向膨胀超过1纳秒。模拟显示，原始尾流向外推进的离子和电子携带了90%的能量，通过撞击电离周围的中性锂来驱动这种膨胀。这些结果为理解多GeV等离子体加速器的全局热力学提供了基础，这些热力学是其用于要求高平均束流的应用的可行性的基础。
2020-01-26 physics.plasm-ph
Relativistic electron beams driven by kHz single-cycle light pulses
激光等离子体加速是一种新兴的技术，用于在非常短的距离内将电子加速到高能量。加速的电子聚束具有飞秒的持续时间，使它们特别适用于超快成像或飞秒X射线产生等应用。目前的激光等离子体加速器通常由焦耳级激光系统驱动，这有两个主要缺点：相对较大的规模和较低的重复率，每秒最多只有几次发射。加速电子束的能量范围从100 MeV到多GeV，然而MeV电子源将更适合于许多社会和科学应用。在这里，我们展示了一个紧凑和可靠的激光等离子体加速器产生高质量的几兆电子伏的电子束在千赫重复率。这一突破是通过使用近单周期光脉冲实现的，这将驱动加速器所需的激光能量降低了三个数量级，从而实现了高重复率操作和激光系统的大幅缩小。测量的电子束团是准直的，其能量分布峰值为5 MeV，包含高达1 pC的电荷。数值模拟再现了所有的实验特征，并表明电子聚束只有$\sim 1$ fs长。我们预计，这些kHz飞秒相对论电子源的出现将为广泛的影响应用铺平道路，例如具有前所未有的10 fs以下分辨率的材料中的超快电子衍射。
2016-12-02 physics.plasm-ph
Multi-kilohertz laser plasma acceleration driven by an industrial-grade Yb:YAG laser
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）；GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH（GSI亥姆霍兹重离子研究中心）；Helmholtz-Institute Jena（耶拿亥姆霍兹研究所）
利用工业级Yb:YAG激光器实现首台激光等离子体加速器，通过多通池后压缩至50飞秒，在0.625-6.25 kHz可调重复频率下稳定运行，电子束参数不变，为高重复率紧凑电子源奠定基础。
2026-06-05 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Optimisation of the pointing stability of laser-wakefield accelerated electron beams
激光尾波场加速技术是下一代超小型高能粒子加速器的一项重要技术。然而，为了有意义地使用激光驱动粒子束，它们必须具有高度的指向稳定性，以便注入传输线和进一步的加速级。本文对影响激光尾场加速电子束指向稳定性的主要因素进行了全面的实验研究。它示出，气体电池提供了一个更稳定的电子产生轴，如果相比，气体喷射目标，几乎无论使用的气体密度。亚mrad射击到射击的波动指向测量和一致的非零偏移的电子轴相对于激光传播轴被发现是唯一相关的残余角色散引入的激光压缩系统，并可以用作一个精确的诊断工具，压缩优化啁啾脉冲放大激光器。
2014-07-25 physics.plasm-ph
Single-event neutron time-of-flight spectroscopy with a petawatt-laser-driven neutron source
本研究在DRACO PW激光器上利用激光驱动中子源与单晶金刚石探测器，实现了稳定多发运行的单事件快中子飞行时间能谱测量，验证了该技术作为未来核反应研究可扩展平台的潜力。
2025-06-24 nucl-ex physics.plasm-ph
Bayesian Optimisation of Non-linear Breit-Wheeler Pair Production in Simulated Laser Experiments
Lancaster University（兰卡斯特大学）；Cockcroft Institute（科克夫研究所）；University of Warwick（华威大学）；York Plasma Institute, University of York（约克等离子体研究所，约克大学）
该研究通过贝叶斯优化方法，在模拟激光实验中优化非线性布里特-韦勒对产生条件，考虑激光抖动影响，提升对产生效率。
2026-01-30 physics.plasm-ph
Superintense Laser-driven Photon Activation Analysis
激光驱动的辐射源在几种材料科学应用中正引起越来越多的关注。虽然激光驱动的离子，电子和中子已经被认为是进行材料的元素表征，利用高能光子的可能性仍然没有探索。事实上，由超强激光脉冲与近临界材料的相互作用产生的电子可以在射入高Z转换器时通过韧致辐射发射转变为高能光子。这些光子可以被有效地利用来执行光子活化分析（PAA）。在目前的工作中，进行激光驱动PAA的可能性提出和研究。通过理论和数值方法，我们确定了最佳的近临界材料和转换器参数的激光驱动PAA在很宽的激光强度范围。最后，利用Monte Carlo和Particle-In-Cell工具，我们模拟了使用传统加速器和激光驱动源进行的PAA实验。
2021-04-15 physics.optics physics.plasm-ph
