Laser-driven bunch compression for ultrashort free-electron laser pulses
本文在自由电子激光FLASH上演示了基于激光线性包络能量调制的电子束团压缩方案,可产生飞秒级超短电流尖峰,结合传统技术能实现可变间隔双尖峰,为自由电子激光器灵活单双脉冲运行提供新途径。
2025-08-20 physics.acc-ph
Terahertz-optical intensity grating for creating high-charge, attosecond electron bunches
超短电子聚束对于像超快成像和相干辐射产生这样的应用是有用的。然而,目前,最短的可实现的聚束,在阿秒的时间尺度,只实现了在单个或非常少的电子制度,库仑排斥和电子能量扩散的限制。使用从头算模拟和理论分析,我们表明,高电荷束是可以实现的相对论(几兆电子伏级)电子的太赫兹和光脉冲的叠加。使用现实的电子聚束和激光脉冲参数,这是在目前的紧凑设置的范围内,我们提供了两个详细的例子:一个与最终聚束的~1 fC包含在子400作为持续时间,和一个与聚束的>25电子包含在20作为持续时间。我们的研究结果揭示了一条路线,以实现高电荷和阿秒脉冲持续时间与现有技术的极端组合。
2019-04-18 physics.acc-ph physics.optics
A Method for Ultrashort Electron Pulse Shape-Measurement Using Coherent Synchrotron Radiation
本文讨论了X射线自由电子激光(XFEL)亚皮秒电子束团纵向轮廓的无损测量方法。该方法是基于检测的相干同步辐射(CSR)光谱产生的束流通过一个偶极磁铁系统。这项工作也包含了一个系统的治疗同步辐射理论的基础上的CSR。同步辐射的标准理论使用了几个近似,其适用性限制往往被遗忘:在这里,我们提出了一个系统的讨论这些假设。然后导出并讨论了沿圆弧运动的电子的相干同步辐射的性质。我们还描述了一种有效的和实用的诊断技术的基础上利用电磁波荡器记录到中心锥的相干辐射脉冲的能量。该测量必须用不同的波荡器谐振频率重复多次,以便重建聚束形状因子的模量。从这些数据中的聚束轮廓函数的检索是通过反卷积技术进行的:对于目前的工作,我们利用一个约束反卷积方法。我们用数值例子说明了所提出的方法在TESLA试验设施(TTF)加速器的电子束诊断的潜力。在这里,我们选择,强调,实验旨在测量的强烈非高斯电子束团的轮廓在TTF飞秒模式操作。我们证明了皮秒条纹相机和CSR光谱仪的串联组合可以用于从具有窄的前导峰和长尾的电子聚束中提取形状信息。
2003-03-27 physics.acc-ph
Passive Ballistic Microbunching of Non-Ultrarelativistic Electron Bunches using Electromagnetic Wakefields in Dielectric-Lined Waveguides
时间调制电子束具有广泛的应用,从相干增强电磁辐射的产生到先进加速器概念中的电磁尾场的共振激发。同样,产生低能超短微聚束可能对超快电子衍射和基于加速器的新光源概念有用。在这封信中,我们提出并实验证明了一个被动的微聚束技术能够形成一个皮秒聚束训练在$\sim 6$ ~MeV。该方法依赖于电磁尾场的激发,因为光束通过介质内衬波导传播。由于光束的非超相对论性质,当光束在随后的自由空间漂移中行进时,诱导的能量调制最终转化为密度调制。调制束被进一步加速到$\sim20$ ~MeV,同时保持所赋予的密度调制。
2018-06-25 physics.acc-ph
Short Electron Bunch Generation Using Single-Cycle Ultrafast Electron Guns
介绍了一种利用单周期太赫兹脉冲从超紧凑电子枪产生超短($\sim$ fs)高电荷($\sim$ pC)的解决方案。我们表明,现成的太赫兹脉冲能量低至20?J足以产生多个10 keV电子聚束。此外,还证明了2mJ的THz能量足以产生能量高于2MeV的相对论电子聚束。结构中可能的高加速梯度提供30 keV能量下的30 fs电子聚束和2 MeV能量下的45 fs聚束。这些结构将成为未来强场THz物理学和小型化电子枪的基础,其中高场与短脉冲持续时间相结合,使电子束具有极高的亮度。
2016-06-07 physics.acc-ph physics.optics
Charge separation by standing waves of strongly focused single-cycle terahertz pulses for particle acceleration
本文提出并数值研究了一种利用反向传播太赫兹脉冲驻波分离等离子体电荷,通过库仑爆炸加速离子至亚MeV能量的新方案,适用于超短脉冲中子源。
2025-01-27 physics.acc-ph 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
Observation and Interpretation of Field Emission Saturation Induced by an Ultra-fast Intense Terahertz Field
本文通过准单周期强场太赫兹实验发现场致发射电荷饱和现象,提出考虑表面价电子和体相自由电子动态补充的新模型,成功解释了发射电荷与太赫兹能量的凸函数关系及温度与饱和电荷的负相关现象。
2025-07-17 physics.acc-ph
Effects of Laser Pulse Heating of Copper Photocathodes on High-brightness Electron Beam Production at Blowout Regime
产生高亮度和高电荷(>100 pC)的电子聚束在井喷制度需要超短激光脉冲与高通量。本文分析了激光脉冲对铜光阴极的加热效应。电子和晶格温度采用改进的双温度模型计算,热发射率和量子效率采用扩展的Dowell-Schmerge模型计算。观察到随时间变化的热发射度和量子效率的增长。在一定的电荷量下,随着激光器半径的减小,激光器的热发射率也随之增大,在激光器熄灭区的优化设计中应考虑这一影响。此外,模拟了激光损伤阈值能量密度,表明最大局部能量密度应小于40 mJ/cm ^2,以防止对阴极的损伤。
2017-04-18 physics.acc-ph
Few-femtosecond Electron Beam with THz-frequency Wakefield-driven Compression
我们提出并证明了一种新的方法来产生具有相对较低的时间抖动的飞秒电子束。在该方法中,相对论性电子束被从约150 fs(rms)压缩到约7 fs(rms,上限),尾场在太赫兹频率处由介质管中的领先驱动束产生。通过以被动方式压印能量啁啾,我们通过激光驱动的太赫兹条纹技术证明,在这种聚束压缩过程中,相对于外部激光没有引入额外的定时抖动,这是使用射频聚束器的传统方法的突出优势。我们预计,这种被动聚束技术可以使许多超短束为基础的先进应用,如超快电子衍射和等离子体尾场加速的新机会。
2018-06-28 physics.acc-ph
Revealing the dynamics of ultrarelativistic non-equilibrium many-electron systems with phase space tomography
用多粒子系统描述物理过程是建立无数物理系统模型的关键途径。在储存环中,超相对论粒子聚集成密集的束,其相空间分布(PSD)的测量是至关重要的:在任何时候,PSD不仅决定了完整的时空演化,而且还提供了储存环操作的基本性能特征。在这里,我们展示了一种非破坏性的断层成像技术的二维纵向PSD的超相对论电子束。为了这个目的,我们利用一个独特的设置,该流轮流在MHz的重复率的聚束配置文件的近场测量。为了证明我们的方法的可行性,我们诱导一个非平衡态和显示,PSD的微观结构以及PSD的动态可以观察到非常详细的前所未有的分辨率。我们的方法提供了一种控制超短束流的途径,并支持开发具有低能量足迹的紧凑型加速器。
2019-12-03 nlin.PS physics.acc-ph physics.ins-det
Analytical Scaling Laws for Radiofrequency Based Pulse Compression in Ultrafast Electron Diffraction Beamlines
在本文中,我们使用一个包络方程为基础的方法来获得分析的比例律最短的脉冲长度可实现使用射频(RF)为基础的聚束压缩。推导出的公式阐明了电子束能量和束电荷的依赖关系,并揭示了如何获得包含1百万电子与个位数fs脉冲长度的聚束;相对论能量是非常可取的。与RF曲率和漂移中的光束传播相关的非线性的影响被示出为强烈限制极端压缩比的可达性。使用额外的高频RF腔被提出作为一种方法来线性化聚束压缩,并使超短光束的产生在亚飞秒制度。
2021-06-03 physics.acc-ph physics.app-ph
High-throughput, high-brightness, ultrashort 90 keV electrons at 40 kHz
Max-Born-Institut(马克斯·玻恩研究所);Doctor X Works;McGill University(麦吉尔大学);Eindhoven University of Technology(埃因霍温理工大学)
本研究提出了一种40 kHz高通量高亮度90 keV电子源,通过直接电子检测实现了超快电子衍射中低电荷与高流率的平衡,显著提升了检测效率和应用范围。
2026-01-05 physics.acc-ph physics.app-ph physics.chem-ph
Probing Ultrafast Magnetic-Field Generation by Current Filamentation Instability in Femtosecond Relativistic Laser-Matter Interactions
本文介绍了中等相对论性的超短激光脉冲与固体靶相互作用过程中产生飞秒时间尺度强磁场涨落的实验测量。这些领域进行了探测,使用低发射度,高度相对论性的电子束从激光尾场加速器,和线积分$B$ -场的$2.70 \pm 0.39\,\rm kT\,μm$进行了测量。三维的,完全相对论的粒子在细胞模拟表明,这种波动源于一个韦伯型的电流双折射不稳定性发展在亚微米尺度的照射靶表面周围,他们成长到足够强的振幅,以扩大探测电子束的角分布几十飞秒激光脉冲最大值后。我们的研究结果突出了尾场加速电子束的相对论激光驱动现象的超快探测的潜力。
2019-07-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Terahertz-driven, all-optical electron gun
具有窄能散、高电荷和低抖动的超短电子束对于解析金属、半导体和分子晶体中的相变是必不可少的。这些由光触发电子枪产生的半相对论性光束也被注入x射线光源的加速器。这些时间分辨电子衍射或X射线实验的可实现分辨率受到常规RF枪中的表面场和定时抖动限制的阻碍,到目前为止,它们分别为<200 MV/m和>96 fs。由光学产生的单周期太赫兹脉冲驱动的电子枪提供了一种实用的解决方案,不仅能够实现GV/m表面场,而且还具有绝对的定时稳定性,因为脉冲是由与光触发器相同的激光器产生的。在这里,我们展示了一个全光学太赫兹枪产生的峰值电子能量接近1千电子伏,加速300 MV/m太赫兹领域在一个新的微米级波导结构。我们还实现了准单能,子千电子伏束与32 fC的电荷,这已经可以用于时间分辨低能电子衍射。这种超紧凑、易于实现的枪由固有同步的THz脉冲驱动,该THz脉冲由已经存在的光注入器激光器的放大臂泵浦,提供了一种具有改变基于加速器的科学的潜力的新工具。
2016-05-21 physics.acc-ph physics.optics