Self-guiding of 100 TW Femtosecond Laser Pulses in Centimeter-scale Underdense Plasma
利用高功率超短脉冲激光与欠稠密等离子体相互作用，进行了激光自导引的实验研究。当激光脉冲功率远高于相对论自聚焦的临界功率时，观察到极长等离子体通道的形成及其弯曲。长的自导引通道的形成伴随着电子加速，具有低的横向发射度和高的电流。粒子模拟表明，当加速电子超过激光脉冲并改变激光脉冲前面区域的折射率时，激光弯曲发生。
2006-05-29 physics.plasm-ph
Single-mode laser guiding in non-parabolic plasma channels for high-energy electron acceleration
本文提出非抛物等离子体通道中的模式匹配条件，实现激光尾场加速的单模导引，消除模式色散和能量泄漏，并在准三维模拟中展示在不到15厘米内获得10 GeV电子能量。
2025-02-05 physics.plasm-ph
A numerical study of self-focusing and guiding of laser pulse of duration shorter than plasma wavelength
本文数值研究了欠密等离子体中超短强激光脉冲的自聚焦与导引，考虑尾场非线性与相对论效应，发现L/lambda_P~0.42的脉冲在a0~0.9时导引最稳定，且向上密度斜坡能增强自聚焦并降低所需激光强度。
2024-11-18 physics.plasm-ph
Rapid Embedded Wire Heating via Resistive Guiding of Laser-Generated Fast Electrons as a Hydrodynamic Driver
在由嵌入在较低$Z$材料中的电阻丝组成的靶中电阻性地引导激光产生的快电子束应该允许在相当大的距离上将电阻丝快速加热到超过100 eV，而不会强烈地加热周围的材料。在多ps时间尺度上，这可以驱动周围物质的流体动力学运动。因此，超强激光固体相互作用有可能作为固体密度材料中辐射流体动力学的受控驱动器。在本文中，我们评估的激光和目标参数需要实现这种快速和受控加热的嵌入式导线。
2014-01-09 physics.plasm-ph
Covariant Lagrangian Methods of Relativistic Plasma Theory
我们得到了相对论带电粒子运动的协变分解为平行运动和垂直回转，并利用李变换变换到导向中心坐标。导出了自然导引中心泊松括号结构和哈密顿量。导出了比通常的漂移高一阶的导引中心运动方程，并给出了陀螺动量修正。然后，我们允许程函波扰动的拉格朗日作用。我们发展了一个明显的规范不变和协变的振荡中心理论到任意高阶，从而导出了相对论性有质动力哈密顿量。我们对一个分布上的引导中心作用量求和，再加上麦克斯韦作用量，得到引导中心等离子体的总作用量。在变化，这产生自洽的协变相对论动力学和场方程，从这些我们确定的指导中心的电流密度和指导中心的磁化。诺特定理然后产生协变守恒定律的动量-能量和角动量的相对论引导中心等离子体;从这些我们确定的引导中心应力-能量张量和引导中心自旋角动量张量。重复这种计算的指导/振荡中心，我们发现，变化产生自洽的相对论性动力学和场方程的等离子体在波场中，包括波的色散关系，从这些我们确定波的磁化强度和磁化率。诺特定理然后产生守恒定律的引导中心等离子体中存在的波场，包括波的贡献的应力能量和自旋角动量张量。
2003-07-30 physics.plasm-ph
Non-perturbative guiding center model for magnetized plasmas
针对微扰导向中心理论在高能粒子下失效的问题，提出一种从全轨道粒子模拟数据中学习非微扰导向中心模型的数据驱动方法，在适用于仿星器聚变α粒子的磁化区域内显著优于传统渐近理论。
2025-04-07 physics.plasm-ph
Birefringence in thermally anisotropic relativistic plasmas and its impact on laser-plasma interactions
在相对论强度下，激光与等离子体相互作用所引发的范式转换现象之一就是所谓的相对论透明现象。当电子被激光加热到相对论能量时，等离子体变得对激光透明，即使在非相对论情况下等离子体密度足够高以反射激光脉冲。本文重点介绍了相对论透明性对激光-物质相互作用的影响，重点是与相对论透明性的发生有关的集体现象：热各向异性相对论等离子体中的等离子体双折射。这种系统的光学特性取决于光的偏振，这可以作为基于等离子体的光学器件或新诊断能力的基础。
2020-06-12 physics.optics physics.plasm-ph
Enhancement of maximum attainable ion energy in the radiation pressure acceleration regime using a guiding structure
辐射压力加速是利用强激光脉冲与固体靶相互作用，获得高最大能量、准单能离子束。需要极高功率的激光脉冲或激光辐射的紧密聚焦。后者将导致出现最大可达到的离子能量，这是由激光群速度和高度受靶的横向膨胀的影响。离子加速只有在靶速度小于激光群速度时才可能。目标的横向膨胀使其对辐射透明，从而降低了加速的有效性。利用外部引导结构来加速激光脉冲可以提供补偿群速度和横向膨胀效应的方式。
2013-10-30 physics.plasm-ph
Self-Guiding of Electromagnetic Beams in Degenerate Relativistic Electron-Positron Plasma
本文应用流体-麦克斯韦模型研究了电磁光束在完全简并的相对论性正负电子等离子体中自陷传输的可能性，结果表明，这种光束的动力学行为可以用具有特定饱和非线性类型的广义非线性薛定谔方程来描述。证明了径向对称局域孤立子结构的存在性。结果表明，对于任意的简并度，都存在稳定的孤立子结构。
2016-10-07 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Equivalence of two independent calculations of the higher order guiding center Lagrangian
在[J.W. Burby，J. Squire，and H. Qin，Phys. Plasmas { \bf 20}，072105（2013）]和[F.I.帕拉和我。卡尔沃，血浆物理控制。融合{ \bf 53}，045001（2011）]是由于导引中心坐标的不同定义。在这个简短的通信中，明确计算了引导中心坐标之间的差异。
2015-02-07 physics.plasm-ph
Theoretical aspect of enhancement and saturation in emission from laser produced plasma
本文提出了一个研究激光等离子体发射的简化理论模型，以更好地理解等离子体发射饱和开始的过程和因素，以及由于等离子体约束而增加的发射。该模型认为，等离子体发射与等离子体密度的平方、等离子体体积以及激光脉冲在激光初始产生的预形成等离子体羽流中被逆韧致辐射吸收的比例成正比。这表明等离子体密度和温度决定了发射饱和的阈值，这发生在电子离子碰撞频率超过10E13 Hz时，超过该频率等离子体屏蔽效应就占主导地位。等离子体声（膨胀）速度的任何降低都表明发射的急剧增强，这支持了通过激光产生的等离子体的磁约束和空间约束获得的结果。在此模型下还讨论了等离子体发射随时间的演化以及激光脉冲宽度的影响。
2014-07-03 physics.optics physics.plasm-ph
Effect of laser intensity and dynamics of plasma on laser induced breakdown spectroscopy
当激光诱导等离子体在外加稳恒磁场作用下或在小腔体中被限制/减速时，激光诱导击穿光谱（LIBS）的信号会增强。在磁约束的情况下，已经观察到LIBS信号的增强~2倍。磁约束和空间约束的组合提供了一个数量级的增强。对减速等离子体的理论分析与实验观测相一致。发现LIBS信号的增强依赖于等离子体约束的效率以及激光的持续时间。LIBS信号在较高激光强度下的饱和与电子-离子碰撞频率以及等离子体羽流的动力学和不稳定性有关。还讨论了进一步增强发射的可能性。
2014-06-30 physics.optics physics.plasm-ph
Laser frequency upconversion in plasmas with finite ionization rates
激光频率可以在经历电离的等离子体中上转换。对于有限的电离率，激光脉冲能量被分割成一对反向传播的波和静态横向电流。波的振幅由电离率和输入脉冲持续时间决定。当等离子体在短于脉冲持续时间的时间内完全电离时，可以获得最强的输出波。静态横向电流可以产生静态磁场并产生瞬间电离，但当电离时间超过几个激光周期时，静态横向电流会以热的形式耗散。这幅图与实验数据相符，提供了激光频率上转换器以及其他激光等离子体相互作用与不断变化的等离子体密度的描述。
2019-05-15 physics.optics physics.plasm-ph
Laser Pulse Sharpening with Electromagnetically Induced Transparency in Plasma
我们提出了一种激光控制的等离子体快门技术，产生尖锐的激光脉冲，使用类似于电磁诱导原子透明的过程。快门由具有中等强度的激光控制，其在截止频率以下诱导透明窗口，并且因此使得低频激光脉冲能够传播。数值模拟表明，在高密度等离子体中，利用两个宽脉冲产生亚ps级的尖脉冲波前是可能的。该技术可以工作在一个政权，是不可访问的等离子体镜时，脉冲宽度大于电离强度。
2017-07-19 physics.optics physics.plasm-ph
Laser pulse compression by a density gradient plasma for exawatt to zettawatt lasers
我们提出了一种新的方法，用于激光脉冲压缩，利用空间变化的分散的等离子体羽密度梯度。该方案可用于大功率激光器的压缩。一个长的，负频率啁啾，激光脉冲反射过密等离子体的等离子体斜坡。当密度纵向增加时，激光脉冲前部的高频光子比低频光子传播得更深，脉冲以类似于压缩啁啾镜的方式被压缩。使用一维（1-D）粒子细胞（PIC）模拟代码的原理证明模拟演示了2.35 ps激光脉冲压缩到10.3 fs，压缩比为225。由于等离子体是鲁棒的并且对高强度有抵抗力，与啁啾脉冲放大（CPA）技术[1]中的光栅不同，该方法可以用作压缩器以达到艾瓦或泽瓦峰值功率激光器。
2022-08-18 physics.optics physics.plasm-ph
Nonlinear Ionization Dynamics of Hot Dense Plasma Observed in a Laser-Plasma Amplifier
从恒星的聚变动力学，到地球闪电事件，再到能源生产的新前景或新光源，热的致密等离子体对一系列物理现象都很重要。由于高度激发的物质中存在过多的相关性，直接探测孤立的动力学仍然具有挑战性。在这里，高谐波种子激光等离子体放大器（LPA）的32.8 nm的发射，使用八倍电离氪作为增益介质，在极紫外线（XUV）的纵向重叠关联成像。在良好的协议与从头时空麦克斯韦-布洛赫模拟，由于非线性激光等离子体相互作用的氪的过电离观察。这构成了激光离子丰度重塑激光等离子体放大器的第一个实验观察。这些发现对升级基于等离子体的XUV和X射线源有直接的影响，并允许在极端条件下模拟光-等离子体相互作用，类似于宇宙早期的情况，并进行直接的实验验证。
2020-05-25 physics.optics physics.plasm-ph
Photoluminescence and Terahertz Emission from Femtosecond Laser-Induced Plasma Channels
研究了飞秒激光诱导等离子体产生太赫兹辐射的发光机制。通过使用一个完全微观的理论，电子和离子之间的库仑散射显示，导致发光，即使是空间均匀的等离子体。本文在广义模函数分析的基础上，讨论了空气中激光诱导等离子体通道的杆几何形状所引入的光谱特征。
2004-09-03 physics.optics physics.plasm-ph
Electromagnetic energy penetration in the self-induced transparency regime of relativistic laser-plasma interactions
介绍了相对论强激光辐射穿透过密等离子体的两种情形，这种等离子体可通过自感透明获得。对于超临界密度小于1.5倍的临界，激光能量的渗透发生移动到等离子体中的孤子状结构。在较高的背景密度下，激光仅在有限的长度上穿透，该长度随着入射强度而增加。在这种情况下，等离子体场结构代表交替的电子层，这些电子层被耗尽区隔开大约半个波长。
2000-10-24 physics.optics physics.plasm-ph
Guiding femtosecond high-intensity high-contrast laser pulses by copper capillaries
实验研究了高强度、高对比度（$<10^{-8}$）、50 fs激光脉冲通过三角形铜毛细管的传输。通过20 mm长、约50 μ m宽的$μ$毛细管的相对透射率直接测量为70%，输入强度高达$10^{17}\,\text{W/cm}^2$。在$10^{10}$ -$10^{17}\,\text{W/cm}^2$强度范围内测量了铜在真空、氦气和空气中的反射率。在真空和氦气中没有观察到反射率的降低，这导致铜毛细管波导可以有效地引导强度高达毛细管轴上的$10^{19}\,\text{W/cm}^2$（其对应于壁上的$10^{17}\,\text{W/cm}^2$）的激光脉冲的结论。观察到在若干传输脉冲之后传输效率降低到零，这是由毛细管内部的堵塞形成引起的。测量了毛细管寿命对脉冲能量的依赖性。
2015-04-02 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Forward Raman Scattering and Self-Modulation instabilities of lasers in magnetized tapered plasma channels
本文利用冷等离子体流体理论分析锥形磁化等离子体通道中激光传播的前向拉曼散射和自调制不稳定性，发现增大等离子体密度和激光强度会增强不稳定性，而磁场对增长率的影响取决于偏振方向，降低增长率有助于稳定传播。
2025-01-21 physics.optics physics.plasm-ph
Plasma optical modulators for intense lasers
近年来，由于材料科学和微加工技术的发展，光调制器可以实现高调制速度、宽带宽、小型化。然而，这些光调制器通常用于低强度光束。在这里，我们提出了一种超快的，基于等离子体的光调制器，它可以直接调制高功率激光强度高达10^16 W/cm ^2的水平，产生一个非常宽的光谱与分数带宽超过100%，延伸到中红外区的低频侧。这个概念依赖于两个共同传播的激光束在一个亚毫米尺度的欠密等离子体，其中驱动激光脉冲首先激发一个电子等离子体波在其尾流，而随后的载波激光束被调制的等离子体波。给出了适合调制器工作的激光和等离子体参数。这种光调制器可以在高场物理中实现新的应用。
2016-01-26 physics.optics physics.plasm-ph
Towards Megajoule X-ray Lasers via Relativistic 4-Photon Cascade in Plasma
一个非常有效的机制，在高激光强度和功率下工作，被确定为将巨大的激光能量光谱转移到较短的紫外和X射线波长。由于目前在近光波长处可以获得兆焦耳激光能量，这种转移将使兆焦耳X射线激光成为可能，这是对现在产生的毫焦耳X射线脉冲的巨大进步。
2019-09-03 physics.optics physics.plasm-ph
Proton Acceleration in Underdense Plasma by Ultraintense Laguerre-Gaussian Laser Pulse
采用三维粒子模拟方法研究了短脉冲强拉盖尔-高斯（LG）激光作用下低密度等离子体中见证质子的加速过程。在LG 10激光脉冲的驱动下，形成了一个轴上有电子柱的特殊气泡，在气泡中质子可以被横向聚焦场很好地限制，并被纵向尾流场加速。避免了在低密度等离子体中用高斯激光脉冲加速之前散射的风险，并且质子被稳定地加速到更高的能量。在模拟中，质子束在2.14 × 10 ~（22）W/cm ~ 2的LG ~（10）激光脉冲驱动下，在欠密氚等离子体中从1 GeV加速到7 GeV。
2014-07-24 physics.optics physics.plasm-ph
Nonlinear evolution of the plasma beatwave: Compressing the laser beatnotes via electromagnetic cascading
电子等离子体波（EPW）的近共振拍频波激发可以在稀薄等离子体中产生飞秒电磁脉冲。EPW产生共同移动的折射率光栅，其在差频处引起激光相位调制。相位调制激光器的带宽与等离子体长度、激光波长和电子密度扰动幅度的乘积成比例。激光光谱由红色和蓝色边带的级联组成，这些边带的位移是拍频的整数倍。当拍频低于电子等离子体频率时，在每个激光拍音的中心附近，红移的光谱分量相对于蓝移的光谱分量在时间上提前。等离子体的群速度色散将如此啁啾的拍音压缩到几个激光周期的持续时间，从而产生具有拍频周期性的尖锐EM尖峰的训练。根据等离子体和激光器的参数，啁啾和压缩可以同时在同一个等离子体中实现，也可以在不同的等离子体中顺序实现。在弱相对论近似下，描述了激光拍频波末端电子密度扰动的时间和一维空间演化。利用压缩效应，我们证明了EPW激发[G。Shvets，Phys. Rev. Lett. 93，195004（2004）]可以用初始亚阈值拍频波脉冲来实现。
2005-11-22 physics.optics physics.plasm-ph
Direct laser acceleration: A model for the electron injection from the walls of a cylindrical guiding structure
本文通过解析模型与粒子模拟，揭示了直接激光加速中电子主要从圆柱形等离子体通道壁界面释放的机制，并验证了释放电荷和通道内电子密度的定量预测。
2024-05-28 physics.plasm-ph
Guiding of high-intensity laser pulses in 100mm-long hydrodynamic optical-field-ionized plasma channels
研究了长达100 mm的流体动力学光场电离（HOFI）等离子体通道。用干涉法测得轴上密度低至$n_{e0} = (1.0\pm0.3)\times10^{17}$ cm $^{-3}$的100 mm长的等离子体通道，证明了峰值输入强度为$6\times10^{17}$ W cm $^{-2}$的激光脉冲的光导作用。在较低的轴向密度下也观察到引导，这从磁流体动力学模拟推断为大约$7\times10^{16}$ cm $^{-3}$。的通道的功率衰减长度的测量示出是在良好的协议与从测量的横向电子密度分布计算。据我们所知，在这项工作中研究的等离子体通道是最长的，并具有最低的轴上密度，任何独立的波导证明引导激光脉冲强度以上$>10^{17}$ W cm $^{-2}$。
2020-09-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Tomographic diffractometry of laser-induced plasma formations
本文提出横向衍射测量结合超高斯建模的层析方法，以20微米分辨率提取激光诱导空气等离子体的密度、宽度和形状，并揭示其空间演化关键特征。
2024-08-05 physics.optics physics.plasm-ph
Canonical Hamiltonian Guiding Center Dynamics and Its Intrinsic Magnetic Moment
该研究证明引导中心动力学可表述为带约束的正则哈密顿系统，将其建模为具内禀磁矩的赝粒子，为相关理论发展和内禀磁矩起源研究提供了基础。
2024-03-05 physics.plasm-ph
A coupled guiding center-Boris particle pusher for magnetized plasmas in compact-object magnetospheres
我们提出了一种新的数值模拟方案的相对论性带电粒子在磁层的致密物体，通常充满了高度磁化的无碰撞等离子体的运动。新算法是基于一个完整的运动方程系统和指导中心近似之间的动态切换。这两种公式之间的切换是基于等离子体粒子的磁化，使得即使在陀螺频率被时间步长欠分辨时，动态也被引导中心运动准确地捕获。对于具有大回转半径的粒子，由于例如，重新连接当前片，算法自适应地切换到求解完整的运动方程。新的计划是直接兼容的标准粒子在细胞的代码，是很容易适用于弯曲时空通过一个专用的协变配方。我们测试的耦合算法的性能，通过不断变化的带电粒子在电磁配置中的重新连接电流片磁化等离子体，从特殊和一般的相对论粒子在细胞模拟。新的耦合推杆是能够产生高度精确的粒子轨迹，即使当时间步长是许多数量级大于陀螺周期，大大减少了时间分辨率的限制。
2020-11-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Quasi-monoenergetic multi-GeV electron acceleration in a plasma waveguide
本研究利用PW级激光和光学场电离等离子体通道，实现了准单能电子束的加速，峰值能量超过2 GeV，扩展了激光等离子体加速器的能量范围。
2025-03-28 physics.plasm-ph
Guiding of relativistic electron beams in dense matter by longitudinally imposed strong magnetic fields
高能量密度流通过致密物质的有效进展，在生产激光驱动的高能粒子和辐射的强烈来源，在驾驶物质的极端温度创造相关的行星或恒星科学的状态制度，但在实验室规模上无法实现，或在实现高增益激光驱动的热核聚变。当在致密（不透明）目标的表面相互作用时，强激光加速相对论电子束，其将激光能量的显著部分传输到目标深度。然而，整体的激光到目标的耦合效率受损的大发散的电子束，固有的激光等离子体相互作用。在600T激光驱动的纵向磁场作用下，我们的实验结果显示，MeV电子在固体物质中产生了大于10MA的引导电流。由于外加磁场的作用，60 μ m厚的靶背表面的输运能量密度和峰值背景电子温度上升了5倍，这是由于相对论电子流的空前有效的引导。
2016-08-29 physics.plasm-ph
Plasma Lenses for Relativistic Laser Beams in Laser Wakefield Accelerators
将拍瓦级激光束聚焦成用于不同应用的各种光斑尺寸在成本、劳动力和空间方面是昂贵的。在本文中，我们提出了一种等离子体透镜，利用激光自聚焦效应灵活地调整激光束的大小。使用固定的常规聚焦系统将激光聚焦在等离子体前方的短距离处，我们可以在一定范围内调节有效激光束腰，就好像使用各种聚焦系统与等离子体透镜一起充当望远镜中的可调节目镜。这样的设置是一个强大的工具，激光尾场加速器实验在国家的最先进的拍瓦激光项目，并允许扫描焦斑参数。
2019-01-23 physics.acc-ph physics.optics 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
Magnetohydrodynamic-guiding-center-particle-in-cell Method for Multiscale Plasma Kinetic Simulations
Tsinghua University（清华大学）；Princeton University（普林斯顿大学）
本文提出MHD-gPIC方法，在Athena++中实现引导中心近似下的粒子处理，用于研究陀螺共振不重要系统中的粒子加速与输运，并初步探索非相对论磁重联中的粒子加速。
2025-10-16 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Guiding-center transformation of the radiation-reaction force in a nonuniform magnetic field
本文给出了在非均匀磁场中运动的经典点电荷的辐射-反作用力的导引中心变换。只要带电粒子的回转半径远小于磁场不均匀长度尺度，这种变换就成立，从而证明了导引中心李变换法的适用性。从辐射-反作用力中消去陀螺运动时间尺度，是用[A. J.Brizard，Phys.Plasmas 11 4429（2004）]，其中它用于从Fokker-Planck碰撞算子中消除快速回转运动。这里提出的形式适用于带电粒子在行星磁场中的运动，以及在磁约束聚变等离子体中，相应的所谓的同步辐射可以被检测到。引导中心辐射-反作用力的应用包括复杂磁场中带电粒子轨道的追踪，以及当由于辐射引起的能量和动量损失起重要作用时等离子体的动力学描述，例如，用于托卡马克中的逃逸电子动力学。
2015-03-26 physics.plasm-ph
From liquid crystal models to the guiding-center theory of magnetized plasmas
本文将Northrop的带电粒子运动图象与现代液晶理论相结合，给出了导引中心动力学的一种新的描述（到最低阶）。这种新的观点是基于旋转规范场（gyrogauge），它对围绕磁场的旋转进行编码。在液晶理论中，一个模拟旋转场被用来编码棒状分子的旋转状态。而不是诉诸复杂的工具（如哈密顿微扰理论和李级数展开），仍然是必不可少的高阶陀螺动力学，本方法结合了WKB方法与一个简单的运动学anomaly，然后被替换成带电粒子拉格朗日。后者最终在陀螺相位上取平均，以产生Littlejohn的制导中心方程。一个至关重要的作用是由陀螺场的矢量势。类似的矢势与液晶缺陷有关，在埃林根的微极理论中称为“wryness张量”。
2016-04-18 math-ph math.MP physics.plasm-ph
Laser-driven plasma acceleration in a regime of strong-mismatch between the incident laser envelope and the nonlinear plasma response
我们探索了一种激光驱动等离子体加速电子的机制，其中入射在等离子体入口处的激光脉冲的径向包络与由其激发的非线性等离子体电子响应强烈失配。2015年8月和2008年分别使用f/40和f/20聚焦光学器件对该机制进行了实验研究。激光等离子体加速器中实现的电子加速的物理机制和标度律已经在径向匹配的激光机制中进行了研究，因此在这里探索的强失配机制中是不准确的。在这项工作中，我们表明，一种新的调整a0模型适用于特定范围的密度，其中激光进入状态的强光学冲击，描述了失配制度。除了几个新的方面的激光等离子体相互作用动力学有关的拉长气泡的形状和相应的自注入机制，重要的是，我们发现，在这种强烈的失配制度时，激光脉冲转化为光学冲击，它是可能实现的光束能量，大大超过入射强度匹配制度的标度律。
2017-04-10 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Study on high pressure plasma produced by ArF laser
用ArF准分子激光束在50 ~ 130 atm的高压氩气中聚焦，用条纹照相机从腔室侧窗观察等离子体的发展。高压ArF激光等离子体对称发展，ArF准分子激光产生的等离子体与XeCl产生的等离子体相比几乎不发展。ArF激光的光子能量高于XeCl激光。测量了ArF激光的透过率。当激光的频率高于等离子体频率时，几乎所有的激光都被透射，并且激光的能量几乎不用于等离子体发展。用击穿波和辐射支持激波计算了ArF激光器产生的向后和向前等离子体发展，与实验结果一致。高压ArF等离子体的后向发展机制与XeCl激光产生的等离子体的后向发展机制相同。然而，ArF等离子体的正向发展机制不同于XeCl激光产生的等离子体。
2004-11-07 physics.plasm-ph
Amplification of mid-infrared lasers via magnetized-plasma coupling
等离子体可以用作放大强激光的增益介质，并且可以施加外部磁场以改善性能。对于中红外激光器，所需的磁场是兆高斯级的，这已经可以由当前的技术提供。设计激光放大器需要知道磁化三波耦合系数。通过数值计算其公式，我们演示了如何耦合依赖于波的传播角度，激光偏振，磁场强度，等离子体温度，等离子体密度的背散射几何形状。由于调解现在是由磁化等离子体波提供，耦合可以显着不同于非磁化拉曼和布里渊散射。
2019-04-11 physics.app-ph physics.optics physics.plasm-ph
Synergistic Laser Wakefield/Direct Laser Acceleration in the Plasma Bubble Regime
提出了激光尾流场/直接激光等离子体混合加速器的概念。在激光脉冲产生的等离子体泡内经历共振电子感应加速器振荡的相对论电子通过直接从激光脉冲及其等离子体尾流获得能量而被加速。自注入等离子体电子的所得分叉相空间包含经历超过标准一维极限的尾流场加速的群体，这是因为其运动的多维性质减少了电子与尾流之间的相位滑移。
2014-12-22 physics.plasm-ph
Solitary structure formation and self-guiding of electromagnetic beam in highly degenerate electron plasma
本文研究了高频强流电磁场与简并电子等离子体的非线性相互作用。在慢变包络近似下，束流动力学由矢量势和标量势的一对非线性方程描述。数值模拟表明，对于任意的简并度，等离子体支持存在轴对称的2D孤子，这些孤子对小扰动是稳定的。当结构中俘获的功率是孤子振幅的增长函数，大于某一临界值但小于电子空穴所决定的值时，孤子就存在。通过模拟参数接近孤子解的初始高斯光束的动力学过程，验证了所得到的孤子解的鲁棒性。经过几个衍射长度后，光束的轮廓接近于基态孤子的轮廓，并在长距离传输时没有可检测到的畸变。对输入高斯光束的参数远离基态解的情况进行了模拟。结果表明，光束参数在基孤子解参数附近振荡，从而形成振荡波导结构。
2021-04-08 physics.plasm-ph
Developments in laser-driven plasma accelerators
激光驱动等离子体加速器提供的加速梯度比传统机器大三个数量级，从而有可能将加速器的长度缩短相同的因子。到目前为止，激光加速电子束的粒子能量可比的同步加速器光源所提供的已被证明与等离子体加速阶段只有几厘米长。本文介绍了激光驱动等离子体加速器的工作原理，并回顾了它们从1979年提出到最近演示的发展。等离子体加速器的潜在应用进行了说明，必须克服的挑战之前，他们可以成为一个实用的工具进行了讨论。
2014-06-19 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Demonstration of a tandem lens for producing shaped laser-ionized plasmas for plasma wakefield acceleration
本研究演示了由两个衍射光学元件构成的串联透镜装置，可聚焦高功率超快激光产生米级贝塞尔焦点，用于制备等离子体尾场加速的激光电离等离子体源，还介绍了透镜相位计算算法及性能预测。
2025-09-01 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Nonlinear plasma wavelength scalings in a laser wakefield accelerator
激光尾流场加速依赖于强激光脉冲的有质动力对等离子体波的激发。然而，激光尾流中的等离子体波列却很少在实验中直接研究。在这里，我们使用几个周期的阴影与干涉测量相结合，以量化由激光激发的等离子体波的GeV级加速器的密度范围内，即几个1 e18 cm-3。虽然分析模型表明非线性等离子体波长和峰值电势a_0之间存在明显的依赖关系，但我们的研究表明，分析模型仅对驱动强度a_0<=1是准确的。实验数据和系统的粒子模拟表明，等离子体波列的非线性延长不仅取决于激光峰值强度，而且还取决于焦点的腰部。
2020-01-26 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Laser induced plasma expansion in quantum plasma
研究了超短激光脉冲与稠密冷等离子体的相互作用。由于等离子体的密度很高，需要考虑诸如玻姆势和量子压力等量子效应。结果表明，电子密度函数在传输方向上受到激光调制。这种调制可以通过激光强度的幅度和等离子体的有效参数来控制。对于某些特定的参数值，电子密度在空间上局域化。增加量子系数倾向于使高电子密度区域变稀，因为电子的总数是恒定的。因此，我们的理论预测等离子体膨胀的激光方向，由于量子效应。
2019-03-22 physics.plasm-ph
THz light amplification by an visible light laser in the presence of the plasma density gradient
通过太赫兹光与可见光激光之间的非共振拉曼散射，提出了一种新的太赫兹光放大机制。非共振散射通常不进行能量交换，但等离子体密度梯度的存在为可见光通过激光-等离子体相互作用将能量转换为太赫兹光创造了条件。对于THz光（远红外光）放大，单位长度增益可达100（1000）/cm。
2020-03-07 physics.bio-ph physics.optics physics.plasm-ph
Particle-in-Cell Modeling of Laser Thomson Scattering in Low-Density Plasmas at Elevated Laser Intensities
非相干汤姆逊散射是一种非侵入性技术，常用于测量局部等离子体密度。在低密度、低温等离子体中，对于足够的激光强度，激光可能会通过有质动力扰动局部电子密度，导致诊断变得侵入并导致错误的结果。这种效果的理论模型进行了验证数值通过准中性等离子体的动力学模拟，使用粒子在细胞技术。
2018-03-16 physics.plasm-ph
Development behavior of liquid plasma produced by YAG laser
激光在液体中诱导等离子体的研究还不够深入。在液体中，激光诱导等离子体可能能够分解称为环境材料的有害物质。然后，研究了激光在液体中产生的等离子体，并通过条纹相机观察了等离子体的发展。使用超纯水或具有熔融NaCl的超纯水作为测试液体。利用YAG激光器的基波产生液体等离子体。当氯化钠浓度变化时，用条纹相机观察等离子体的发展行为。液态等离子体向后发展。等离子体是由许多种子产生的，它由一组等离子体组成。而YAG激光二次谐波产生的液态等离子体则是以单一等离子体形式发展。从后向等离子体的生长速率出发，探讨了其发展机理。后向等离子体由击穿波和辐射支持的激波形成。
2004-11-07 physics.plasm-ph
SRS-SBS competition and nonlinear laser energy absorption in a high temperature plasma
激光在等离子体电晕中的受激喇曼散射和布里渊散射是惯性约束聚变研究中的突出问题。受激拉曼散射可在等离子体四分之一临界密度附近产生激光能量的显著部分的吸收，所述等离子体四分之一临界密度与等离子体空化和热电子的产生相关。相比之下，受激布里渊散射在低密度等离子体中工作，并阻止激光进入吸收区。在本文中，我们报告的结果分析这两个参数的不稳定性的竞争与一系列的一维动力学模拟的激光等离子体相互作用。通过改变等离子体参数如离子声波阻尼、等离子体膨胀速度的发散或激光带宽来控制布里渊散射，我们证明了在热的弱碰撞等离子体中控制非线性激光吸收和散射水平的可能性。
2021-04-30 physics.plasm-ph
Resonant four-photon scattering of collinear laser pulses in plasma
等离子体中电磁波的经典色散定律禁止了共线平面激光脉冲的精确四光子共振。我们在这里表明，由一个任意小的相对论性电子非线性产生的重整化消除了这一禁令。在共线共振四光子散射中，激光频移随激光强度的增加而增加。对于频率比电子等离子体频率大得多的激光脉冲，偏移也可以比等离子体频率大得多，甚至在仍然很小的相对论性电子非线性下几乎是输入激光频率的两倍。这可以实现非常高频率和功率的宽范围可调谐激光器。由于四光子散射不依赖于朗缪尔波，朗缪尔波对等离子体均匀性非常敏感，因此这种激光器也能够在比基于等离子体中受激拉曼散射的激光器大得多的等离子体不均匀性下工作。
2020-12-07 nlin.PS physics.flu-dyn physics.optics
On the electrodynamic model of ultra-relativistic laser-plasma interactions caused by radiation reaction effects
本文提出了一个简单的电动力学模型，用以描述考虑辐射反应效应时，自洽超相对论激光与等离子体相互作用中的等离子体场结构。本文对圆偏振激光与等离子体相互作用进行了精确分析。我们定义的基本符号，如非线性介电常数，有质动力和耗散力作用在等离子体。计算了超相对论相互作用过程中产生的等离子体场结构。基于这些解决方案，我们表明，约50%的激光能量可以转换为γ射线的激光箔相互作用的最佳条件。
2013-09-23 physics.plasm-ph
Dipole radio-frequency power from laser plasmas with no dipole moment
从真空中的激光靶等离子体辐射的射频功率可以比从具有可忽略电偶极矩的这种源所预期的大几个数量级。一个模型相结合的Tidman-Stamper电路模型的激光靶等离子体与理论的辐射电流浸没在等离子体中，然而，预测缩放的电偶极子功率从激光等离子体辐射与实验一致。
2005-07-29 physics.plasm-ph
Guiding-center kinetic model based on the assumption of homogeneous distribution over gyrophase
本文的目的是发展一个简化的模型作为磁化等离子体的模型。出发点是一个假设，即在同一物种的带电粒子系综的分布是均匀的gyrophase。该系综中的粒子位于同一个导向中心位置$(\mathbf{X},μ,U)$。然后，一个基本的拉格朗日微分1-形式的发展。它包含了磁化等离子体系统中的所有粒子，以及粒子之间的库仑对力，而不是传统的回旋动力学模型中使用的场-粒子相互作用。通过对拉格朗日1-形式进行变换，得到了在导引中心坐标系下的新的拉格朗日1-形式，新的拉格朗日1-形式基于粒子在陀螺相位上的均匀分布，自然地与每个粒子的陀螺相位无关，并决定了所有粒子在新坐标系下的动力学行为。通过使用粗粒度的计划，这种新的1-形式可以通过引导中心动力学模型来建模。
2017-07-23 physics.plasm-ph
Relativistic Topological Waves from Cherenkov and Doppler Resonances in Self-Magnetized Laser Plasmas
激光与等离子体相互作用可以在等离子体-等离子体界面自然产生强磁场。利用理论分析和完全三维粒子模拟，我们证明了相对论拓扑波可以产生通过切伦科夫和多普勒共振的飞秒强激光脉冲与近临界密度等离子体的相互作用。在自磁化等离子体-等离子体界面处，出现了一个新的慢波分支。其相速度远小于激光脉冲的群速度和电子束速度。因此，切伦科夫共振条件可以容易地满足。此外，由于电子经历电子感应加速器振荡，多普勒共振也可能发生，并负责在我们的模拟中观察到的几个频移分支的激发。在激光脉冲通过后，我们观察到一个相对论振幅和频率接近局域等离子体频率的快剩余模。即使在激光脉冲离开等离子体之后，这种模式仍会在数十个激光周期内继续加速电子。
2022-09-14 physics.plasm-ph
