In-situ Generation of Polarized Attosecond Positron Bunches via Radiation-Wakefield Induced Two-Photon Pairs
School of Physics, Xi’an Jiaotong University（西安交通大学物理学院）
提出在单一等离子体阶段中通过辐射尾场诱导双光子对产生，原位生成并加速极化阿秒正电子束，实现百阿秒、GeV级、高密度且保持极化的正电子束团，同时解决产生、极化、压缩和注入问题。
2026-10-14 physics.plasm-ph
Collimated GeV attosecond electron-positron bunches from a plasma channel driven by 10 PW lasers
高能正电子和明亮的γ射线源在基础研究和实际应用中都是独一无二的。然而，GeV电子-正电子对喷流和γ射线闪光在实验室中仍然很难产生。在这里，我们证明，通过两个10 PW尺度的激光脉冲照射到近临界密度等离子体通道，高定向GeV的电子-正电子对和明亮的γ射线束可以有效地产生。三维粒子模拟表明，GeV正电子喷流具有高密度（8*10^21/cm ^3）、阿秒持续时间（400 as）和14°的发散角。此外，还发射了超亮（2*10^25光子/s/mm 2/mrad 2/0.1%BW）准直阿秒（370 as）γ射线闪光，激光能量转换效率为5.6%。一旦在实验中实现，它可能会为各种各样的应用开辟新的可能性。
2018-08-01 physics.plasm-ph
Attosecond Control of Relativistic Electron Bunches using Two-Colour Fields
相对论强激光与物质相互作用过程中的能量耦合被编码在预先形成的等离子体-真空边界处的强驱动电子的阿秒运动中。研究和控制这种运动可以揭示微观过程的细节，这些微观过程控制着大量的光-物质相互作用物理学和应用。其中包括处于极端激光等离子体科学前沿的研究领域，如激光驱动离子加速1，明亮的阿秒脉冲产生2，3以及用于产生和研究温暖致密物质的有效能量耦合4。在这里，我们展示了阿秒控制的轨迹形成的相对论电子束团在这种相互作用通过研究极紫外（XUV）谐波辐射的发射。我们描述了如何精确地添加在驱动激光脉冲的第二谐波下操作的第二激光束可以通过修改由基频提供的加速电势来显著地改变相互作用以驱动强相干发射。数值粒子在细胞代码模拟和实验观察表明，这种修改是非常敏感的两个光束的相对相位，并可以导致显着增强所产生的谐波产量。这项工作还表明，控制这些极端的相互作用与阿秒精度的能力是产生超亮，高时间对比度阿秒辐射的原子和分子泵浦探测实验的基本要求5，6。
2016-10-06 physics.plasm-ph
Relativistic Attosecond Electron Bunches from Laser-Illuminated Droplets
在强激光与液滴相互作用的三维相对论粒子模拟中观察到相对论阿秒电子聚束的产生。电子束团在一定角度下发射，该角度取决于液滴半径与波长的比值以及等离子体频率与激光频率的比值。利用Mie理论研究了多MeV阿秒电子束团产生的机制。它示出的角分布和高电子能量是由于在液滴表面的参数敏感，时间依赖性的局部场增强。
2009-06-05 physics.optics physics.plasm-ph
Attosecond electron bunch generation by an intense high-order harmonic pulse interacting with a thin target
该研究提出以激光-等离子体产生的高次谐波驱动薄靶，生成约100阿秒、高准直电子束团，并通过参数分析优化了激光强度与靶位置。
2025-09-29 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Generation and Acceleration of Isolated-Attosecond Electron Bunch in a Hollow-Channel Plasma Wakefield
提出利用电子束驱动空心通道等离子体靶同时产生并加速十GeV级孤立阿秒电子束的新方案，通过辐射尾场注入并加速等离子体电子，获得高电荷量、高能量、高稳定性的电子束，适用于超快与高能物理。
2024-12-19 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Zero vector potential mechanism of attosecond absorption in strongly relativistic plasmas
在强相对论体系中，对激光与物质相互作用的物理理解是非常重要的。本文描述了强激光脉冲与过密等离子体相互作用中真空-固体边界处产生快电子的一种新机制。这是一个没有类似的经典，非相对论性激光等离子体相互作用。在这里，提供了确凿的证据，快速电子产生的关键贡献是由矢量势的零点。我们表明，新的机制导致缩放的快电子能量，这明确地依赖于等离子体密度，从而提供了一个新的见解相对论激光物质相互作用。此外，研究表明，这种新的机制通过将能量注入阿秒持续时间电子聚束传递的过密等离子体中，对相互作用做出了主导贡献。这种新的理解将允许未来通过适当控制激光脉冲偏振来产生单个超亮阿秒X射线脉冲[1]-[7]。这个过程也将允许产生单脉冲阿秒电子聚束，可以在激光尾场加速器中进一步加速[8]-[10]。将受益于这种新见解的其他应用包括激光驱动离子加速器[11]-[15]，快速点火惯性约束聚变[16]-[18]以及强度前沿的基础研究[19]-[20]。
2010-09-04 physics.plasm-ph
Attosecond betatron radiation pulse train
高强度X射线源是科学、技术和医学的重要诊断工具。这种X射线源可以在激光等离子体加速器中产生，其中电子由于其在激光脉冲的等离子体尾流中的电子感应加速器振荡而发射短波长辐射。当代可用的电子感应加速器辐射X射线源可以从几微米量级的源尺寸递送几飞秒量级的持续时间的准直X射线脉冲。在本文中，我们证明，通过粒子在细胞中的模拟，这样的源的时间分辨率可以提高一个数量级的发射相对论电子束的空间调制。该调制是通过电子束团与共同传播的激光束的相互作用来实现的，该相互作用导致产生等距的亚飞秒X射线脉冲的训练。训练的单脉冲之间的距离由调制激光脉冲的波长调谐。模型化的实验设置是可以实现的与当前的技术。潜在的应用包括超快基本过程的频闪采样。
2020-08-12 physics.plasm-ph
Ultra-compact attosecond X-ray free-electron lasers utilizing unique beams from plasma-based acceleration and an optical undulator
基于加速器的X射线自由电子激光（XFEL）是21世纪革命性发现工具的最新成员。XFEL的两个主要组成部分是加速器产生的电子束和磁波荡器，它们往往是更大规模的长和昂贵的。在这里，我们提出了一个超紧凑的计划，以产生10秒的阿秒X射线脉冲与几个GW的峰值功率利用一个新的方面的自由电子激光不稳定性使用高度啁啾，预聚束和超亮电子束从基于等离子体的加速器与光学波荡器相互作用。电子从高啁啾和预聚束的组合中的自选择导致阿秒X射线脉冲的稳定产生。此外，通过调整电子束的能量分布，可以产生具有亚飞秒间隔的双色阿秒脉冲，使得多个FEL共振发生在束内的不同位置处。这种可调谐的相干阿秒X射线源可能会开辟一个新的阿秒科学领域，使X射线阿秒泵浦/探测技术成为可能。
2023-02-17 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Ultra-brilliance isolated attosecond gamma-ray light source from nonlinear Compton scattering
阿秒技术的爆炸性发展为研究许多需要高时空分辨率的未知领域打开了大门。在核物理领域，利用伽马射线在时间和空间上的分辨率将有助于以前所未有的明确方式研究核内动力学。然而，用目前的激光设备产生高亮度阿秒伽马射线脉冲还没有报道。本文提出了一种在尾场加速器中利用近阈值自注入产生高电荷（~ 1 nC）阿秒（<200阿秒）电子聚束的新方法。我们证明了通过非线性康普顿散射产生超高亮度（> 2*1024光子s-1 mm-2 mrad-2/0.1%BW）阿秒（<200阿秒）伽马射线（Emax > 3 MeV）脉冲的能力。据我们所知，这是第一次报道用电流产生激光器产生阿秒γ光子源。这是MeV范围内最短的伽马射线光子和最高亮度的光子源（比报道的结果高出几个数量级）。该方法可在现有的100 TW激光装置上广泛应用于100 keV至数MeV高亮度阿秒γ源的实验产生，为超高分辨照相等基础科学的应用奠定了基础。
2017-08-07 physics.plasm-ph
Attosecond gamma-ray flashes and electron-positron pairs in dyadic laser interaction with micro-wire
本研究提出利用两束高功率激光与微丝靶作用的可调谐方案，先通过径向偏振激光产生低横向动量的短脉冲高电荷电子束团，再与反向激光碰撞，可生成高准直超高亮度阿秒GeV级γ射线及固体密度级电子-正电子对，为高能粒子源研究提供新途径。
2024-08-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Spectrotemporal shaping of attosecond x-ray pulses with a fresh-slice free-electron laser
本研究提出一种在自由电子激光上对阿秒X射线脉冲进行相干整形的方案，通过控制波荡器锥形分布实现脉冲维格纳函数整形，可产生可控脉冲对、序列及宽频孤立脉冲，并在现有XFEL上实验验证了相位稳定脉冲序列的生成与控制。
2025-02-11 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Carrier-envelope phase controlled isolated attosecond pulses in the nm wavelength range, based on superradiant nonlinear Thomson-backscattering
本文提出了一种在非线性汤姆逊后向散射框架下实现载波包络相位差（CEP）可控的阿秒XUV --软X光脉冲源的方案。基于牛顿-洛仑兹方程的解析解，计算了相对论电子与飞秒强激光脉冲正面碰撞时的运动。利用所得到的公式，可以方便地计算单能电子束团辐射的集体谱和相应的时间形状。对于某些合适的和现实的参数，单周期隔离脉冲的ca。20作为长度的预测在XUV -软X射线光谱范围内，包括2.33-4.37 nm的水窗口。根据我们的分析，所产生的几乎线性偏振的光束是非常好的准直周围的电子束团的初始速度，具有相当大的强度，并与其CEP锁定的fs激光脉冲。
2017-12-18 physics.atom-ph physics.optics physics.plasm-ph
Pair beams unlock beyond-terawatt attosecond free-electron laser pulses
Max-Planck-Institut für Kernphysik（马克斯·普朗克核物理研究所）
本研究通过双束流技术实现超高功率阿秒激光脉冲，展示了在超压缩束流中无需外部补偿的高增益放大机制，为超快结构、电子和核科学开辟了新途径。
2026-03-16 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Giant isolated attosecond pulses from two-color laser plasma interactions
一个新的制度中的相互作用的双色（$ω$，$2ω$）激光与纳米尺度的箔被确定，导致非常强烈的，孤立的阿秒脉冲的发射-即使在多周期激光的情况下。对于由超过吹出场强度（即，能够将电子与离子背景完全分离）的激光照射的箔，二次谐波场的添加导致箔的稳定达到吹出强度。然后，在一个单一的光学周期中，会发生一个急剧的透明转变。在跃迁周期中，密集的纳米级电子束团被加速到相对论速度，并发射出峰值强度接近激光场的单个强阿秒脉冲。
2020-01-17 physics.optics physics.plasm-ph
Generation of Isolated Collimated Polarized $γ$-ray Beams via Spatiotemporal Optical Vortex Modulation
State Key Laboratory of Ultra-Intense Laser Science and Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM), Chinese Academy of Sciences (CAS)（中国科学院上海光学精密机械研究所）；Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学材料科学与光电技术学院）；Laboratory of Zhongyuan Light, School of Physics, Zhengzhou University（郑州大学物理学院中原之光实验室）；State Key Laboratory of Dark Matter Physics, Key Laboratory for Laser Plasmas (MoE), School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院激光等离子体教育部重点实验室暗物质物理国家重点实验室）
本研究提出用线偏振时空光学涡旋激光脉冲辐照固体箔的新方案，通过粒子模拟实现了孤立准直、高偏振的阿秒γ射线束，为相关物理领域提供了可行的光源方案。
2026-09-01 physics.plasm-ph
On the physics of electron ejection from laser-irradiated overdense plasmas
使用一维和二维PIC模拟，我们描述和模拟后向喷射的电子束团时，激光脉冲反射过稠密的等离子体与尖锐的密度梯度在其前侧。研究了激光强度和梯度标度长度对系统的影响。研究发现，在每个激光周期内，入射激光脉冲产生一个大的电荷分离场或等离子体电容器，它将阿秒电子束加速到真空中。该过程对于短梯度标度长度最大化，并且当梯度标度长度与激光波长相当时崩溃。我们开发了一个模型，再现的电子动力学和激光强度和梯度尺度长度的依赖。这个过程被证明是强烈的联系与高谐波产生通过相对论振荡镜机制。
2018-01-31 physics.plasm-ph
Terawatt attosecond X-ray source driven by a plasma accelerator
等离子体加速器可以产生超高亮度电子束，这为具有传统加速器技术无法实现的较小物理占地面积和特性的光源打开了大门。本文研究了等离子体尾场加速器（PWFA）产生的电子束可以产生峰值功率为TW、持续时间为几十阿秒的几个周期的相干可调谐软X射线脉冲，其功率、持续时间和稳定性都比现有的X射线自由电子激光（XFEL）高一个数量级。这样的光源将大大提高在超快时间尺度上实验研究电子动力学的能力，对多个科学领域产生广泛的影响。不同于在典型的XFEL中从噪声开始，在这种方法中的X射线发射由来自阿秒持续时间的预聚束的近兆安培（MA）电流电子束的相干辐射驱动。这放宽了迄今为止阻碍将等离子体加速器用作相干X射线驱动器的进展的限制性容限，为先进的加速器光源应用提供了新的范例。
2021-08-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Electron Acceleration Using Twisted Laser Wavefronts
本研究提出利用圆偏振螺旋激光结合等离子体镜注入的电子加速方案，通过解析与模拟验证其可产生高能量、低能散的稠密阿秒电子束团，为阿秒辐射源发展提供新途径。
2021-09-28 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
Brilliant attosecond γ-ray emission and high-yield positron production from intense laser-irradiated Nano-Micro array
本研究提出超强激光辐照带衬底纳微阵列的新方案，可高效产生超短超亮阿秒γ射线与超稠密高产额正电子，揭示了转换效率的标度规律与调控方法，为阿秒核科学和高能量密度物理研究提供新途径。
2020-12-28 hep-ph physics.plasm-ph
Sub-laser-cycle control of relativistic plasma mirrors
我们提出的测量高次谐波和相对论电子发射到真空中的等离子体镜驱动的时间形状的超强激光波形，共线相结合的主要激光场与其二次谐波产生。我们通过实验展示了这些观测量是如何在阿秒时间尺度上受到这两个频率之间的相位延迟的影响，并通过对1D/2D Particle-In-Cell模拟的高级分析将这些观测与底层物理联系起来。这些结果表明，驱动激光场的子周期成形提供了精细控制的相对论电子束团的属性负责谐波和粒子发射从等离子体镜。
2021-07-29 physics.plasm-ph
Attosecond Nonlinear Quantum Electrodynamics in Laser-Driven Plasmas via Two-Photon Synchrotron Emission
Princeton University（普林斯顿大学）；Texas A&M University（德克萨斯农工大学）
研究通过激光驱动等离子体中的双光子同步辐射，探索阿秒尺度的非线性量子电动力学现象，提出基于精细结构常数和洛伦兹因子的速率表达式，为分析复杂激光-等离子体相互作用提供指导。
2026-04-22 physics.plasm-ph quant-ph
Anisotropic field ionization in nano-clusters mediated by Brunel-electron driven plasma waves
本文通过粒子模拟揭示了激光-团簇相互作用中由Brunel电子激发等离子体尾场驱动的各向异性场电离新机制，该机制在少周期脉冲下形成沿偏振轴的高度电离棒状核心，为纳米靶电离的位点特异性控制提供了新途径。
2023-08-15 physics.optics physics.plasm-ph
Waveform control of relativistic electron dynamics in an underdense plasma
超强激光脉冲与欠密等离子体的相互作用用于激光等离子体加速，以产生相对论电子和X射线的超短脉冲的紧凑源。加速结构是等离子体波或尾场，它由激光有质动力激发，这种力通常被认为只取决于激光包络而不是其确切的波形。在这里，我们使用近单周期激光脉冲与受控载波包络相位（CEP），以表明激光场的实际波形对等离子体响应有明显的影响。我们测量的相对论电子束被发现是强烈的CEP依赖，这意味着我们实现了波形控制的电子动力学在欠密激光等离子体相互作用。我们的研究结果铺平了道路，高精度，子周期控制等离子体加速器中的电子注入，使阿秒相对论电子束和X射线的生产。
2021-04-21 physics.optics physics.plasm-ph
Plasma Wakefield Accelerator Research 2019 - 2040: A community-driven UK roadmap compiled by the Plasma Wakefield Accelerator Steering Committee (PWASC)
在激光或光束驱动的等离子体尾场加速器中产生的加速度梯度通常比传统加速器产生的加速度梯度大三个数量级，因此等离子体加速器可以开辟新一代非常紧凑的机器的路线。此外，基于等离子体的加速器可以产生具有独特特性的光束，例如数十千安培的峰值电流，阿秒聚束持续时间，超高亮度和固有的粒子束-激光脉冲同步。在这份路线图中，我们回顾了英国等离子体加速器研究的现状。我们概述了潜在的应用，描述了研究和开发所需的，使这些应用程序，并讨论与相关领域的研究协同作用。我们还列出了实现这些目标所需的资源，并为关键领域的进展提供了时间轴。
2019-04-19 physics.acc-ph physics.app-ph physics.optics
