Laser ion acceleration from tailored solid targets with micron-scale channels
激光离子加速是利用激光与固体相互作用产生快离子的一种很有前途的方法。在这项研究中，我们从理论上研究了从拍瓦级激光脉冲与结构化目标的相互作用中加速离子的可行性，该结构化目标体现了一个充满相对论透明等离子体的微米级通道。利用二维和三维粒子模拟和理论估计，我们表明，这是可能的，产生GeV质子具有高体积电荷和准单能的功能，在能谱。我们将加速机制解释为目标正常鞘层加速度和辐射压力加速度的组合。最佳参数的目标制定理论和验证使用2D PIC模拟。三维PIC模拟和现实preplasma轮廓运行与二维PIC显示的可行性，目前可用的拍瓦激光设施的实验实施所提出的激光离子加速方案。
2022-01-17 physics.plasm-ph
A New Scheme for High-Intensity Laser-Driven Electron Acceleration in a Plasma
提出了一种利用强激光驱动等离子体中电子加速的新方法。在这里，我们证明了由入射激光脉冲的受激前向散射产生的等离子体波可以在一个最长的加速阶段与入射激光波。这就是为什么等离子体波具有最大的放大系数，这是由击穿（翻转）电场，其中注入的相对论束电子的加速发生确定。本文定性地估计了强激光脉冲在等离子体中受激前向散射产生的等离子体波场中相对论电子的加速参数。
2014-05-07 physics.plasm-ph
Determination of hybrid and direct laser acceleration dominated regimes in a 55fs laser driven plasma accelerator with ionization induced injection
利用55fs激光驱动等离子体加速器，研究了不同加速机制（直接激光加速（DLA）和尾流场）对等离子体加速的影响。在较低的电子密度，电子加速可以主要归因于DLA电离诱导注入。随着密度的增加，尾流场的作用越来越大，导致混合制度，并在密度高于自注入阈值，实验观察到的DLA和尾流场的贡献是可比的。在纯氮靶的情况下也观察到了主导DLA机制。使用EPOCH代码进行的2D PIC模拟证实了上述情况，并且还显示了表面波的产生，被认为是DLA预加速的潜在机制。
2019-08-08 physics.plasm-ph
Effects of Laser Polarization on Target Focusing and Acceleration in a Laser-Ion Lens and Accelerator
本研究扩展激光离子透镜与加速（LILA）框架至椭圆偏振激光，通过优化靶厚度实现高效离子加速与聚焦，并证明线偏振激光在非均匀厚度靶上也能达到类似圆偏振的高效能量转换。
2024-11-10 physics.plasm-ph
Effects of Laser Polarization and Color on Hybrid Laser Wakefield and Direct Acceleration
我们证明了混合激光尾流场和直接加速（LWDA）可以显着改善通过使用两个不同的偏振或频率的激光脉冲。该改进需要加速电子的更高能量和电荷，以及对负责产生尾场的前导（泵浦）脉冲和负责直接激光加速（DLA）的拖尾激光脉冲之间的时间延迟的较弱灵敏度。当两个激光脉冲具有相同的频率时，它示出，它是有利的，使它们的偏振态相互正交。还考虑了倍频（$λ_{\rm DLA}=λ_{\rm pump}/2$）DLA激光脉冲的具体情况，并且发现其优于单频（$λ_{\rm DLA} = λ_{\rm pump}$）情况。
2017-12-11 physics.plasm-ph
Sustained Comoving Acceleration of Overdense Plasmas by Colliding Laser Pulses
我们回顾了最近的PIC模拟结果，这些结果表明，从两侧用超强激光脉冲照射薄的过密等离子体板，可以导致表面电子的持续共动加速，其能量远高于传统的有质动力极限。只有当电子横向漂移出激光束时，加速才会停止。我们展示了基于有限激光光斑尺寸的参数研究的最新2.5D结果，并讨论了可用于测试这些结果的未来激光实验。
2006-04-19 physics.plasm-ph
Topological approach for laser acceleration investigation
利用拓扑学的方法揭示了对激光粒子加速的新的理解和认识。用二维粒子模拟方法研究了激光脉冲对薄膜靶的辐照。通过拓扑结构，激光离子加速方案分类取决于激光照射后的变形的目标形状是否是同胚相对于初始目标。当变形靶形状为非同胚时，高效率地产生高能离子。在这种情况下，靶厚度极大地影响所获得的离子能量。然而，当变形的靶形状是同胚的时，获得的离子能量低，并且靶厚度的影响小。
2019-05-28 physics.plasm-ph
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
Enhanced proton acceleration from near-critical density targets employing intense lasers with mixed polarization
本研究提出将激光拆分为线偏振与圆偏振组合的方案，通过冲击波与钻孔效应联合加速近临界密度靶质子，2D-PIC模拟显示质子能量提升近两倍，并明确了该加速机制占优的靶参数范围。
2023-05-18 physics.plasm-ph
Solitary versus Shock Wave Acceleration in Laser-Plasma Interactions
用数值模拟的方法研究了超强激光与稠密等离子体相互作用中激发非线性静电波（如激波和孤子）以及由此产生的离子加速问题。孤子的稳定性和激波的形成强烈地依赖于离子的速度分布。离子谱中的单能成分是由孤立波的"脉冲"反射产生的。可能的相关性，最近的实验“冲击加速”进行了讨论。
2011-11-28 physics.plasm-ph
A New Scheme for High-Intensity Laser-Driven Electron Acceleration in a Plasma 2
本文提出了一种新的方法来研究高强度相对论激光驱动的等离子体中的电子加速。在这里，我们证明了由入射激光脉冲的受激前向散射产生的等离子体波可以在最长的加速阶段与注入相对论束电子。这就是为什么等离子体波具有最大放大系数，该最大放大系数由加速时间和击穿（翻转）电场确定，在击穿（翻转）电场中发生注入的电子束的加速。我们必须注意到，对于最长的加速阶段，注入电子束的相对性在我们的方案中起着至关重要的作用。本文定性地估计了强激光脉冲在等离子体中受激前向散射产生的等离子体波场中相对论电子的加速参数。
2014-12-15 physics.plasm-ph
Satisfying the Direct Laser Acceleration Resonance Condition in a Laser Wakefield Accelerator
在这个过程中，我们表明，当驱动激光脉冲重叠的激光尾流场加速器（LWFA）中的捕获的电子，这些电子可以获得能量从直接激光加速（DLA）在延长的距离，尽管激光和唤醒的演变。通过模拟，激光和电子束的性质的演变被量化，然后在这种变化的背景下，DLA的共振条件进行检查。我们发现，虽然从LWFA产生的电子不能连续满足DLA共振条件，但它们仍然可以从DLA获得大量的能量。
2015-02-26 physics.plasm-ph
Laser focusing equivalence behavior of mass-limited targets in laser particle acceleration
本文通过三维PIC模拟研究了激光粒子加速中质量受限靶的激光聚焦等效行为，发现圆盘靶比箔靶产生更高能量的离子，并理论推导了产生最大能量质子的圆盘直径。
2025-04-27 physics.plasm-ph
A simple model for cavity-enhanced laser-driven ion acceleration from thin foil targets
考虑了高激光强度下薄固体靶的激光驱动离子加速增强的情况，其中靶封闭在反射腔中。从目标反射的激光脉冲通过在内腔壁处的反射而朝向目标重定向。这种情况下，讨论了在辐射压力制度的亚波长箔加速的上下文中，当等离子体动力学是已知的光帆模型是合理的描述。提出了一个半解析公式，描述了腔反射在一维几何形状的影响。腔反射对亚波长箔加速的影响，然后评估皮秒和飞秒持续时间的超强激光脉冲的两个具体例子。
2013-08-07 physics.plasm-ph
High quality electron beam acceleration by ionization injection in laser wakefields with mid-infrared dual-color lasers
对于激光尾波场加速来说，在保持足够电荷的同时抑制束流能量扩散是关键挑战之一。为了实现这一点，我们提出了双色激光电离注入与组合的激光波长的$2.4\rm μm$和$0.8\rm μm$尾场激发和触发电子注入通过场电离，分别。$2.4\rm μm$波长的激光脉冲使得能够以相对低的激光功率驱动强加速结构。为了进一步降低对激光功率的要求，我们还提出了使用二氧化碳作为工作气体介质，其中碳作为注入元件。我们的全三维粒子模拟结果表明，在不久的将来，在激光参数可达到的条件下，该方案可以获得GeV能级的低能散（约1%）和高电荷（几十皮库仑）的电子束。
2016-03-03 physics.plasm-ph
Particle resonances and trapping of direct laser acceleration in a laser-plasma channel
激光直接加速（DLA）是激光驱动欠密等离子体的主要加速机制之一，它能够在等离子体通道中产生高能量密度的电子束，具有广泛的应用前景。然而，该机制依赖于高度非线性的粒子激光共振，使其建模和控制非常具有挑战性。在这里，我们报告了粒子共振的新物理学，并在此基础上，定义了一条通往更可控DLA的潜在路径。通过在一个全面的模型内独立地处理电子传播角来获得关键的发现。这种方法揭示了完整的粒子共振在广泛的传播角度，物理制度下，傍轴/非傍轴动力学占主导地位，不同的谐波统一的图片，至关重要的是，这些粒子共振的物理可访问性。这些新的见解可以有重要的影响，我们解决粒子捕获的基本问题作为一个例子。我们展示了如何发现陷阱参数空间可以导致更好的加速控制。更多的影响，这种基本类型的加速度的发展进行了讨论。
2021-04-04 physics.plasm-ph
Electron Beam Chirp Dexterity in Staging Laser Wakefield Acceleration
粒子能量啁啾被证明是一个有用的工具，在分级激光尾场加速指向产生高质量的密集电子束。啁啾是补偿加速度场纵向不均匀性、实现能量色散本质降低的必要手段。这是通过利用分裂技术的等离子体和束电子的粒子在细胞模拟证明。适当选择的光束啁啾允许减少在每一个阶段的能量分散的数量级在加速到GeV的能量范围。
2021-02-20 physics.plasm-ph
Intensity and Dimensionality-Dependent Dynamics of Laser-Proton Acceleration in 1D, 2D, and 3D Particle-in-Cell Simulations
本研究发现在高强度激光质子加速建模中，模拟维度与激光强度在加速各阶段均存在交互作用，且更高强度下不同维度模拟预测差异增大，凸显了3D PIC模拟对下一代激光实验定量预测的重要性。
2024-08-19 physics.plasm-ph
Multi-Stages Proton Acceleration Booster in Laser Plasma Interaction
在激光等离子体相互作用中，离子能量的显著增加表现为几个阶段的后加速。强短脉冲激光照射等离子体靶时，高能电子被加速产生强电流。强电流沿着等离子体中的高能电子流产生强磁场。在磁场的增加阶段，根据法拉第定律，感应出纵向感应电场，用于正向离子加速。多级中的感应加速和靶法向鞘层加速提供了离子能量的独特可控性。通过四级连续加速，我们的2.5维粒子模拟表明，离子能量显著增加了几百MeV，最大质子能量达到254 MeV。
2012-10-26 physics.plasm-ph
Direct laser acceleration in underdense plasmas with multi-PW lasers: a path to high-charge, GeV-class electron bunches
Institute of Plasma Physics, Czech Academy of Sciences（捷克科学院等离子体物理研究所）；University of Michigan（密歇根大学）；University of California San Diego（加州大学圣迭戈分校）
本研究通过优化激光聚焦策略，在低密度等离子体中实现高能电子束加速，为未来高能物理实验提供可能的技术路径。
2024-03-07 physics.plasm-ph
Tail-wave-assisted Positron Acceleration in Nonlinear Laser Plasma Wakefields
相对论激光尾流场加速具有很高的加速梯度，非常适合于短距离电子加速，有望成为下一代小型加速器的候选者。然而，使用这种技术进行正电子加速仍然具有挑战性，因为带正电的粒子在非线性尾场中自然散焦。在这里，我们提出了一个计划，并数值模拟证明加速外部注入的正电子束在非线性激光尾流场中的制度，尾波的密度尖点后面形成。这种尾波可以提供一个聚焦力，除了纵向加速的正电子。三维粒子模拟结果表明，在非线性尾流场中，正电子的捕获效率接近100%是可能的。该方案可能会打开一个简单的方法，紧凑的正电子加速到多个100兆电子伏的太瓦级激光系统在高重复率，而不需要特殊的激光模式和等离子体结构。
2022-07-29 physics.plasm-ph
Laser acceleration of ion bunches at the front surface of overdense plasmas
用粒子模拟方法研究了强激光脉冲与过密等离子体相互作用中离子的加速过程。对于圆偏振的激光脉冲，高密度的离子束移动到等离子体中产生的激光-等离子体相互作用表面。一个简单的分析模型占的数值观测，并提供作为脉冲强度和等离子体密度的函数的离子束能量和产生时间的标度律。
2005-01-31 physics.plasm-ph
Efficient acceleration of a dense plasma projectile to hyper velocities in the laser-induced cavity pressure acceleration scheme
报道了激光诱导腔压加速（LICPA）方案中等离子体弹丸加速的实验研究。在千焦耳PALS激光设施进行的实验中，使用干涉测量法、条纹照相机和离子诊断法测量了射弹的参数，并通过二维流体动力学模拟来支持测量。结果表明，在具有200 J激光驱动器的LICPA加速器中，将4微克金等离子体射弹加速到140 km/s的速度，能量加速效率为15- 19%，这比通常使用的烧蚀加速度至少高出数倍，并且是迄今为止对任何加速到上述速度的射弹测量的最高值。100公里/秒。这一成就为利用中等能量激光创造和研究高能量密度物质状态提供了可能性，也可能对惯性约束聚变的撞击点火方法的发展产生影响。
2017-07-28 physics.plasm-ph
Generation of focusing ion beams by magnetized electron sheath acceleration
本文首次对激光驱动鞘层离子在千特斯拉水平外加磁场中的加速过程进行了三维粒子模拟。所施加的磁场在与热电子鞘层的随时间演变的磁化相关联的加速过程中产生两个不同的阶段，并且导致具有强烈增强的能量和数量的多个种类的聚焦、磁场定向的离子源。添加磁场的好处在2D模拟中被淡化，这强烈表明在实验相关条件下观察磁场效应的可行性。
2020-01-17 physics.plasm-ph
Heavy ion acceleration using femtosecond laser pulses
对短脉冲激光照射超薄（<200 nm）金箔的重离子加速进行了理论研究。采用二维粒子模拟方法研究了激光子弹的时间历程，以深入了解激光能量沉积和离子加速过程。对于强度为32 fs、焦斑尺寸为5 mkm、能量为27 J的激光脉冲，计算出的20 nm薄膜的反射系数、透射系数和耦合系数分别为80%、5%和15%。转换成金离子的效率为8%。已经确定了两个高度准直的反向传播离子束。正向加速金离子的平均荷质比和最大荷质比分别为0.25和0.3，最大归一化能量和通量分别为25 MeV/核子。使用分析模型来确定适合于在辐射压力加速机制中加速金离子和目标正常鞘层加速机制的开始的箔厚度范围。数值模拟和分析模型指出了阻碍重离子加速的至少四个技术挑战：低荷质比，有限数量的离子适合加速，延迟加速和等离子体的高反射率。最后，一个政权适合重离子加速已被确定在一个替代的方法，通过分析能量吸收和参与物种之间的分布和缩放的转换效率，最大能量，和通量与激光强度。
2015-11-24 physics.plasm-ph
Directed Coulomb Explosion regime of ion acceleration from mass limited targets by linearly and circularly polarized laser pulses
本文研究了超薄双层（高Z/低Z）质量限制靶离子加速的定向库仑爆炸机制。在这种情况下，激光脉冲从被照射的光斑中抽空电子，并在激光脉冲传播的方向上加速剩余的离子核。然后，移动的离子核由于过量的正电荷而爆炸，形成移动的电荷分离场，该电荷分离场加速来自第二层的质子。质量有限目标的利用增加了加速的有效性。为了保证线偏振脉冲和圆偏振脉冲的最佳加速效果，应选择不同的激光靶结构参数。
2010-07-22 physics.plasm-ph
Heavy ion acceleration in the Breakout Afterburner regime
本文对亚皮秒激光辐照下重离子在厚20 nm金箔上的加速进行了理论研究。使用二维粒子模拟，我们确定了两个高效的离子加速方案。通过改变激光脉冲的持续时间，我们观察到从辐射压力加速到类似于轻离子的爆发加力状态的过渡。基础物理和离子加速机制与轻离子相似，然而，加速过程的细微差别使重离子的加速更具挑战性。两个激光系统进行了详细研究：得克萨斯州拍瓦激光器和三叉戟激光器，前者具有脉冲持续时间180 fs，非常短的飞秒脉冲和皮秒脉冲之间的中间。两种激光系统都产生了定向金离子束（约10度半角），其通量超过1011离子/sr，归一化能量>10 MeV/核子。
2015-11-24 physics.plasm-ph
New frontier of laser particle acceleration: driving protons to 93 MeV by radiation pressure
带电粒子的辐射压加速一直是激光粒子加速中的一个难题。激光驱动的质子/离子加速由于其潜在的物理和应用潜力，如高能量密度物理，超快射线照相术和癌症治疗，吸引了相当大的兴趣。克服最大挑战的关键问题之一是使用有效的加速机制产生高能质子。辐射压力对质子的加速比传统的由膨胀热电子驱动的靶法向鞘层加速有效得多。在这里，我们报告的93-MeV质子束的产生，实现了通过施加30 fs的圆偏振激光脉冲与强度为6.1 × 1020 W/cm 2的质子靶。从获得的最佳目标厚度，二次能量标度，偏振依赖性，和3D-PIC模拟的辐射压力加速确认。我们希望这种快速的能量缩放，以促进实现激光驱动的质子/离子源提供稳定和短的粒子束的实际应用。
2015-05-22 physics.plasm-ph
Theory of Light Sail Acceleration by Intense Lasers: an Overview
本文简要介绍了超强激光辐射压力驱动的薄箔加速理论。给出了强度在$5 \times 10^{20} \mbox{W cm}^{-2}$附近的辐射压优势的一个简单判据，并讨论了在相对论区域快速获得能量的可能性。
2014-03-25 physics.plasm-ph
Features of ion acceleration by circularly polarized laser pulses
采用粒子模拟方法研究了圆偏振超短超强激光脉冲驱动MeV离子源的特性。预测的特点包括高效率，大离子密度，低发散和飞秒持续时间的可能性。与线偏振脉冲的情况进行了比较。
2007-05-28 physics.plasm-ph
Effects of hole-boring and relativistic transparency on particle acceleration in overdense plasma irradiated by short multi-PW laser pulses
采用包含辐射摩擦的完全相对论、实几何粒子模拟方法，研究了超短超强激光脉冲在半无限高密度氢等离子体中的传输特性。相对论透明和钻孔制度被发现是敏感的横向等离子体场，后向光反射，和激光脉冲偏转。对于接近$I\sim10^{24}$ W/cm $^2$的激光强度，质子的直接激光加速以及离子库仑爆炸导致它们注入激光脉冲前沿的压缩电子波的加速相。质子被加速到10-20 GeV，密度大约是临界密度的几倍。这种效应强烈依赖于初始密度和激光强度，随着初始密度的增加和激光强度的减小，这种效应消失。
2019-04-19 physics.plasm-ph
Optimized laser ion acceleration at the relativistic critical density surface
在实现高能离子束的超短激光脉冲与等离子体的相互作用的努力，体积加速机制超过目标正常鞘加速已经得到了关注。相对论强度的激光可以使近临界密度的等离子体缓慢透明，从而促进离子在运动的相对论临界密度前沿的同步加速。虽然模拟承诺极高的离子能量在这个制度，挑战在于实现的超相对论激光脉冲（$a_0\gtrsim 30$）驱动的反射相对论电子前沿和最快的离子，这对激光和等离子体参数施加了一个狭窄的参数范围的同步运动。我们提出了一个分析模型的相关过程，证实了广泛的参数模拟研究在1D和3D几何形状。通过对脉冲宽度等离子体前沿密度分布的泰勒化，可以优化质子加速性能，并在相对论密度面上扩展有效离子加速的参数空间范围。
2022-01-24 physics.plasm-ph
Electron acceleration in laser turbulence
我们证明了电子可以有效地加速到高能量的空间不均匀，强激光场。当理想平面波反射离开随机扰动表面时，激光不均匀性发生。通过求解随机扰动激光器电磁场中的三维粒子轨迹，我们能够产生温度远高于有质动力标度的电子能谱，正如在许多实验中观察到的那样。模拟结果表明，高电子能量可以实现单独的激光场，而不需要等离子体场。电子谱的特征温度由激光场湍流的特征特性决定。这个过程非常迅速，发生在10 - 50 fs的时间尺度上，表明当强度处于或低于相对论阈值时，它可能是短脉冲激光-固体相互作用中的主导加速机制。一个简单的分析模型显示了电子如何通过在短时间内在激光子波中重复加速而达到高能量。
2020-10-01 physics.plasm-ph
Quasi-monoenergetic Electron Beams from Laser-plasma Acceleration by Ionization-induced Injection in Low- density Pure Nitrogen
本文报道了用激光驱动4 mm长的氮气射流对电子束进行130 MeV的尾场加速。通过使用中等的激光强度（3.5*10^18 W.cm ^（-2））和相对较低的等离子体密度（0.8*10^18 cm^（-3）至2.7*10^18 cm^（-3）），我们已经实现了激光传播的稳定状态，从而稳定地产生电子束。实验研究了驱动激光能量与激光-等离子体通道和电子束参数的关系。所产生的电子束的质量进行了讨论的电离诱导注入机制的框架内。
2014-10-13 physics.plasm-ph
Ion acceleration from micrometric targets immersed in an intense laser field
实验研究了强激光照射微米尺寸条形靶加速质子，仅用120 mJ能量即获超6 MeV质子，3D模拟揭示其机制并验证级联加速与光学调控能谱的可行性。
2025-05-31 physics.plasm-ph
Electron acceleration by laser plasma wedge interaction
一个新的电子加速机制被确定，开发时，相对论强激光照射的楔形过密等离子体。这引起了具有显著纵向电场的衍射电磁波，其将来自等离子体的电子在长距离上加速到相对论能量。利用$I λ_0^2 =3.5\times 10^{19}\,{\rm W μm^2/cm^2}$激光束获得了能量高达100 MeV的高电荷态电子束团。一个简单的分析模型支持的多维粒子模拟，证实了所提出的加速方案的效率和鲁棒性。
2022-02-16 physics.plasm-ph
Vacuum laser acceleration of relativistic electrons using plasma mirror injectors
使用激光在很短的距离内将粒子加速到相对论能量一直是物理学的长期目标。在为电子提出的各种方案中，真空激光加速吸引了相当大的兴趣，并且由于其吸引人的简单性而在理论上得到了广泛的研究：电子与真空中的强激光场相互作用，并且可以连续加速，只要它们保持在给定的场相位，直到它们逃离激光束。但实验证明这种效应极具挑战性，因为它对激光场中电子注入的条件提出了严格的要求。在这里，我们通过使用等离子体镜在超强激光场中注入电子，首次解决了这个长期存在的实验问题，并获得了真空激光加速的明确证据。随着PetaWatt级激光器的出现，该方案可以提供具有竞争力的极高电荷（nC）和超短相对论电子束源。
2015-11-18 physics.plasm-ph
Anticorrelation between Ion Acceleration and Nonlinear Coherent Structures from Laser-Underdense Plasma Interaction
在激光等离子体实验中，我们观察到，离子加速从库仑爆炸的等离子体通道由激光钻孔，被阻止时，多个等离子体不稳定性，如双折射和软管，和非线性相干结构（涡/后孤子）出现在一个超短激光脉冲的尾迹。纵向等离子体密度斜坡的剪裁使我们能够控制这些不稳定性的发生。我们推断，在我们的条件下，当等离子体在临界密度的10%左右时呈现出250 μm量级的梯度（高斯拟合），从而阻碍了加速时，激光脉冲被耗尽到这些结构中。一个有前途的实验装置与长脉冲的证明，使激发一个孤立的相干结构的偏振测量，并在进一步的观点，离子等离子体加速效率的参数研究。
2011-10-26 physics.plasm-ph
Extremely intense laser-based electron acceleration in a plasma channel
极强激光脉冲（$I>10^{22}~ \mathrm{W/cm^2}$）即将在实验室中使用。这种激光的预脉冲可以引起等离子体膨胀，在近临界气体射流中产生低密度通道。我们提出了一个通道的形成和随后的直接激光加速电子内的预形成的通道的研究。辐射反应以几种方式影响加速度。它首先干扰回流在通道壁上的运动。此外，它降低了横向有质动力的径向排出效率，导致在通道轴附近的粒子的辐射捕获。然后这些粒子与峰值激光强度相互作用，可以获得多GeV的能量。
2019-02-12 physics.plasm-ph
Advanced strategies for ion acceleration using high power lasers
简要介绍了激光等离子体加速离子的研究进展。重点是最近的一些实验结果和先进制度的相关理论工作。后者包括特别是目标正常鞘加速使用超短低能量脉冲和结构化的目标，厚和厚的目标的辐射压力加速，和无碰撞的冲击加速在中等密度等离子体。对于每一种方法，开放的问题和进一步发展的必要性和潜力进行了简要讨论。
2013-07-03 physics.plasm-ph
High-charge relativistic electrons by vacuum laser acceleration from plasma mirrors using flying focus pulses
针对等离子体镜真空激光加速中电子因速度失配脱离加速阶段的问题，提出采用飞行聚焦激光，通过三维粒子模拟证明其电荷量产额较传统高斯激光显著提升，适用于高要求应用。
2025-11-18 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
Ion acceleration by superintense laser-plasma interaction
利用超强激光脉冲驱动离子加速正吸引着越来越多的研究。动机可以在一些可预见的应用的潜力中找到，并且在研究新制度的角度中，只要可用的激光强度将增加。实验表明，在宽范围的激光和目标参数的产生多MeV的质子和离子束具有独特的属性，如超短的持续时间，高亮度和低发射度。本文综述了激光脉冲加速离子的研究现状，并对其发展前景进行了展望。我们描述了在实验中观察到的主要特点，所观察到的缩放与激光和等离子体参数和主要模型都用来解释实验数据，并提出新的研究方向。
2013-02-07 physics.plasm-ph
Compton Scattering in Plasma: Multiple Scattering Effects and Application to Laser-Plasma Acceleration
我们在有效场论的框架下探讨了等离子体介质中电子加速的物理过程。采用多重康普顿散射机制，它被发现，可以在这样的介质中，以获得高达$O(100 \rm{MeV})$的数量级的能量在厘米内持续的加速。通过适当调整等离子体参数和光子频率，可以获得准直的单能电子谱。目前的工作是潜在的有用的理解激光等离子体加速器的物理。
2013-03-06 physics.plasm-ph
Scaling Laws of Ion Acceleration in Ultrathin Foils Driven by Laser Radiation Pressure
通过理论分析和二维粒子模拟，研究了强激光脉冲辐射压力驱动下超薄薄膜中离子加速的标度律。考虑到激光等离子体相互作用过程中不可避免的不稳定性，离子的最大能量应该有两个贡献：辐射压力驱动的体加速和热电子在运动箔参考中引起的鞘层加速。提出了一个理论模型，定量解释了在大范围的激光和靶参数下，模拟和实验观察到的截止能量和能量扩展大于“光帆”模型预测的结果。由该模型推导出的标度律得到了实验的验证，并得到了模拟结果的支持。
2018-09-17 physics.plasm-ph
Multi-Cascade Proton Acceleration by Superintense Laser Pulse in the Regime of Relativistically Induced Slab Transparency
提出了$10^{21}-10^{22}$ W/cm $^2$激光脉冲与结构靶相互作用中的多级质子加速机制。该机制是基于激光有质动力作用下的电子电荷位移和相对论诱导的板透明效应，从而实现多级联加速的想法。结果表明，一个目标，包括几个适当间隔开的薄箔可以优化加速过程，并在输出准单能质子束的能量高达数百兆电子伏的能量扩展只有百分之几。
2008-10-22 physics.plasm-ph
Nonlinear laser driven donut wakefields for positron and electron acceleration
我们通过分析和三维粒子模拟表明，拉盖尔-高斯激光脉冲驱动的非线性尾场可以导致空心电子自注入和正电子加速。我们发现，高阶激光可以驱动甜甜圈形状的井喷尾场与强大的正电子加速梯度相媲美的球形气泡。相应的正电子聚焦力可以比球形气泡中的电子聚焦力强一个数量级以上。所需的激光强度和能量，以达到非线性甜甜圈形状的井喷是在国家的最先进的实验条件。
2014-04-15 physics.plasm-ph
Motion of the Plasma Critical Layer During Relativistic-electron Laser Interaction with Immobile and Comoving Ion Plasma for Ion Acceleration
在相对论电子激光-等离子体相互作用体系（$a_0>1$）中，我们分析了两种不同过程下等离子体临界层的运动。当临界层离子是静止的，而不是当他们与它一起移动时，突出的差异。控制在这种制度下的等离子体临界层的速度是必不可少的创建低$β$行进加速结构的激光离子加速器（LIA）的足够的激光激发电位。在相对论诱导透明加速（RITA）方案中，重等离子体离子是固定的，只有痕量密度的轻离子被加速。相对论临界层和加速结构在激光诱导透明过程中通过电子质量的相对论性增加而纵向前移。在辐射压力加速（RPA）方案中，整个等离子体在激光辐射压力的作用下被纵向向前推动，这只有当等离子体离子与激光前沿共同传播时才可能。在RPA中，加速结构的速度除了取决于激光强度和等离子体密度之外，还取决于等离子体-离子质量。在RITA中，重的不动等离子体离子的质量不影响临界层的速度。RITA中裸露的固定离子的惯性激发电荷分离电位，而RPA在离子静止时是不可能的。
2014-03-31 physics.plasm-ph
Underdense relativistically thermal plasma produced by magnetically assisted direct laser acceleration
我们介绍了第一种方法，体积产生相对论热等离子体在气体射流可及密度。使用完全动力学模拟和理论，我们证明了两个阶段的直接激光加速驱动的两个激光脉冲在外加磁场可以加热一个显着的等离子体体积多兆电子伏的平均能量。最高的动量特征是2D各向同性的，在相互作用后仍然存在，并且包括大多数电子，使得实验能够首次在光学可诊断的制度中获得体相对论的高能量密度等离子体。
2022-02-14 physics.plasm-ph
Comoving acceleration of overdense electron-positron plasma by colliding ultra-intense laser pulses
本文介绍了用粒子模拟方法（PIC）对电子-正电子等离子体（e+e-）在同向电磁脉冲作用下的持续加速过程的模拟结果。用线偏振超短激光脉冲从两侧照射过密e ~+e ~-等离子体薄板时，当等离子体被压缩到小于~ 2相对论趋肤深度时，脉冲被透射。一小部分等离子体然后被捕获，并有效地加速自诱导JxB力。对于1微米激光和1021 Wcm-2的强度，最大能量在皮秒内超过GeV。
2006-03-17 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
Characteristics of ion beams by laser acceleration in the Coulomb explosion regime
在库仑爆炸加速区，具有窄能量范围的离子束呈现具有一定直径的薄壳形状。离子云具有这些具有不同能量的离子束的分层结构。在斜入射激光中，离子束在激光倾斜方向和垂直于激光倾斜方向上的发散角是不同的。这表明激光脉冲的光斑直径越小，离子束的发散度越大。此外，理论公式产生的离子束的半径和能量谱，它们被证明是符合良好的模拟结果。
2022-05-20 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
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
