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
Compression of sub-relativistic space-charge-dominated electron bunches for single-shot femtosecond electron diffraction
我们展示了95千电子伏，空间电荷占主导地位的电子束压缩到100 fs以下的持续时间。这些束有足够的电荷（200 fC），并有足够的质量，以捕获衍射图案与Single Shot，我们证明了多晶金箔上的衍射实验。压缩是通过3 GHz射频腔的振荡纵向电场引起的速度啁啾导致的速度聚束来实现的。到达时间抖动测量为80 fs。
2010-06-10 physics.acc-ph
Homogeneous Focusing Field for Short Relativistic Electron Bunches in Plasma
对相对论短电子束团在等离子体尾流透镜中的聚焦进行了解析和数值模拟研究。对于两种透镜，导出了相对论电子束团聚焦序列的必要参数。这些参数的验证进行了数值模拟。
2020-07-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Generation of stable ultra-relativistic attosecond electron bunches via the laser wakefield acceleration mechanism
在最近的实验中，利用激光尾场加速器（LWFA）在不同的区域产生了超相对论飞秒电子聚束。在这里，我们预测，即使阿秒聚束可以产生的LWFA由于快速感应加速器相位混合内的飞秒电子聚束。阿秒束团在LWFA外是稳定的，可以在真空中传播几十厘米而持续时间没有明显变化。我们的计算表明，阿秒聚束的形成的证据可以发现在相干感应加速器辐射的光谱从LWFA的。
2009-06-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Comment on "How to Realize Uniform Three-Dimensional Ellipsoidal Electron Bunches"
通过系统的数值模拟，我们发现最近提出的“Pancake”格式[O. J. Luiten等人，物理修订版信函93，094802（2004）]不产生低发射度所需的射束，即使与更传统地接受的圆柱形射束几何形状相比也是如此。
2008-09-09 physics.acc-ph
Temporal diagnostics of femtosecond electron bunches with complex structures using sparsity-based algorithm
具有复杂时间结构的飞秒电子束团在太赫兹产生、自由电子激光和等离子体尾场加速器中起着重要作用。利用相干渡越辐射（CTR）谱，基于先验知识可以重建超短脉冲宽度。提出了一种加权贪婪稀疏相位恢复（WGESPAR）算法，以减少模糊性，重建束流分布。该算法取得了比迭代算法更好的性能，特别是对截断多束团结构的噪声谱。基于WGESPAR算法，可以成功地重建激光尾场加速器产生的飞秒电子束团的复杂时间结构。
2018-01-23 physics.acc-ph
Increase of amplitude of accelerating wakefield excited by sequence of short relativistic electron bunches in plasma at magnetic field use
早些时候，作者发现了短相对论电子聚束序列的机制，即使聚束的重复频率与等离子体频率不同，也会导致尾场的共振激发。在这种情况下，由于相对于等离子体波进入坏相位的聚束的散焦，恢复了频率的同步。然而，在这种情况下，聚束丢失，其结果是不参与尾流场的激发。本文采用数值模拟的方法研究了磁化等离子体中电子束团的动力学行为以及相对论电子短束团长序列对尾流场的激发。当使用磁场时，散焦的聚束在一定时间之后返回到与场相互作用的区域。在这种情况下，聚束的电子返回到场的必要相位，参与尾流场的激发。而且，磁场的使用导致激发波的频率相对于聚束的重复频率的增加。后者增加了保持共振的时间，因此，导致激发的尾流场的振幅增加。
2020-09-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Noise In Intense Electron Bunches
我们报告我们的调查电子束团的密度波动。在直线加速器中加速的相对论性电子束团的噪声和密度涨落对于各种相干电子冷却（CEC）概念以及自由电子激光（FEL）都是至关重要的。对于CEC，束噪声导致抵消冷却的额外扩散。在SASE自由电子激光中，微波不稳定性始于光束中的初始噪声，并最终导致光束微聚束产生相干辐射，自由电子激光带宽中的初始噪声起着重要作用。相反，在种子FEL中，这种噪声干扰种子信号，因此降低初始种子波长处的噪声将降低种子激光功率要求[6-8]。将介绍该项目的现状。
2022-09-02 physics.acc-ph
Study of Short Bunches at the Free Electron Laser CLIO
CLIO是一种基于电子枪的自由电子激光。在其正常操作模式下，它提供电子8脉冲，但正在进行研究，以缩短脉冲约1 ps。我们报告的模拟显示如何可以缩短脉冲和预期的信号产量从几个聚束长度诊断（相干跃迁辐射，相干Smith Purcell辐射）。
2016-05-05 physics.acc-ph
Dynamics of self-injected electron bunches at their acceleration by laser pulse in plasma
数值模拟了在激光脉冲激发的等离子体尾场对自注入电子束团的加速自洽变化到自注入电子束团激发的尾场对自注入电子束团的加速时，自注入电子束团在井喷区的动力学行为。考虑了脉冲训练加速和束流自清洁的优点。
2020-12-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
THz-radiation production using dispersively-selected flat electron bunches
我们提出了一种可调谐太赫兹辐射源产生的相对论电子聚束的替代方案。该技术依赖于色散选择和平坦电子聚束的组合。色散选择是利用束团压缩器内的狭缝掩模将能量啁啾的电子束转换成束团训练。扁平光束变换通过减小一个平面中的束流发射度来提高THz源的频率范围。该技术产生调谐范围在0.2 - 4 THz之间的窄带THz辐射。通过适当选择狭缝间距、狭缝宽度和能量啁啾，也可以产生单频THz谱。
2013-10-21 physics.acc-ph
Formation and Acceleration of Uniformly-Filled Ellipsoidal Electron Bunches Obtained via Space-Charge-Driven Expansion from a Cesium-Telluride Photocathode
我们报告的实验生成，加速和表征的均匀填充的电子束通过空间电荷驱动的膨胀（通常被称为“吹出制度”）在L波段（1.3 GHz）的射频光注入器。使用短（$<200$ fs）紫外激光脉冲从碲化铯半导体光电阴极光发射光束。所产生的电子聚束的特征在于与传统的诊断和他们的椭圆形字符的签名进行观察。我们特别证明了生产的椭圆形聚束与电荷高达$\sim0.5$ nC对应的$\sim20$倍增加相比，以前的实验与金属光电阴极。
2012-10-10 physics.acc-ph
Ballistic Bunching of Photo-Injected Electron Bunches with Dielectric-Lined Waveguide
我们描述了一种简单的技术，被动聚束非超相对论（$\lesssim 10$ ~MeV）电子聚束在传统的光注入器。该方案采用位于电子源下游的介质内衬波导施加能量调制的皮秒聚束。然后，通过弹道聚束将能量调制转换为密度调制。所示的方法，以支持产生亚皮秒束训练与多kA的峰值电流。这种相对简单的技术有望在紧凑的、基于加速器的光源和先进的光束驱动加速器方法中得到应用。
2014-07-03 physics.acc-ph
Method for the determination of the three-dimensional structure of ultrashort relativistic electron bunches
描述了一种新的X射线自由电子激光中超短电子束团的表征技术。也就是说，我们建议使用相干光渡越辐射来测量三维（3D）电子密度分布。我们的方法依赖于两个已知的诊断设置的组合，一个光学激光合成器（ORS）和一个光学跃迁辐射（OTR）成像仪。在ORS装置中，电子聚束在光学波长处被调制。当这些电子束通过金属箔靶时，产生数十兆瓦功率的相干辐射脉冲。此后，可以利用相干成像技术的优点，例如直接成像、衍射成像、傅立叶全息术及其组合。所提出的方法开辟了实时，波长限制，单次拍摄的超短电子束的3D成像的可能性。
2009-05-11 physics.acc-ph physics.optics
Coherent radiation produced by microtron electron bunches
本文建立了微加速器电子束引出时相干渡越辐射的理论，给出了束流形状因子及辐射分布的显式表达式，并估算了微波噪声。
2025-10-16 physics.acc-ph
Formation of Temporally Shaped Electron Bunches for Beam-Driven Collinear Wakefield Accelerators
利用慢波结构或等离子体工作的束流驱动共线尾场加速器（CWA）在减小当代加速器尺寸方面具有很大的前景。在CWA中，带电粒子向高能量的可持续加速依赖于使用具有高度不对称的峰值电流分布和大能量啁啾的场生成相对论电子聚束。提出了一种新的方法来获得这样的束，并说明了粒子跟踪模拟支持的加速器设计。它已被证明，所需的粒子分布在纵向相空间中，可以得到没有准直器，给CWAs的就业机会，在应用中需要高重复率的操作。
2021-01-19 physics.acc-ph
High-charge relativistic electron bunches from a kHz laser-plasma accelerator
我们报告了在几毫焦耳的近单周期激光脉冲在千赫重复率的共振气泡制度的电子尾场加速。使用非常紧密的激光脉冲与微尺度超音速气体射流的聚焦，我们证明了一个稳定的相对论性电子源，每脉冲高达24 pC/射击的高电荷。相应的平均电流为24 nA，使该千赫兹电子源适用于各种应用。
2017-11-17 physics.acc-ph
A magnetic spectrometer to measure electron bunches accelerated at AWAKE
为了测量在等离子体中质子束流产生的尾流场中加速的电子束流的能量分布，我们研制了一台用于欧洲核子研究中心（CERN）AWAKE实验的磁谱仪。AWAKE是质子驱动等离子体尾场加速的原理验证实验，使用来自SPS的质子束。电子束在铷等离子体室中被加速到$\mathcal{O}$（1 GeV），然后通过偶极磁体与质子束分离。偶极磁体还在电子聚束上引起能量依赖的空间水平扩展，然后电子聚束撞击闪烁体屏幕。发射的闪烁光子通过三个高反射镜传输到一个位于暗室中的增强型CCD相机，该相机将图像传递到CERN控制系统进行存储和进一步分析。给定已知的磁场和系统效率的确定，闪烁光子的空间扩展可以被转换成电子能量分布。在闪烁体前面的轨道上安装的灯用于校准光学系统，闪烁体屏幕对电子的响应的校准在CERN的CLEAR设施中进行。在这篇文章中，AWAKE谱仪的设计，以及进行校准和预期的性能，这样就可以测量加速电子的能量分布。
2019-02-15 hep-ex physics.acc-ph physics.ins-det
RF acceleration of ultracold electron bunches
本文研究利用射频电磁场加速激光冷却原子近阈值光电离产生的超冷电子束团，实验测得约35 keV能量，并证实归一化横向发射度基本保持。
2023-06-08 physics.acc-ph
Colliding Pulse Injection of Polarized Electron Bunches in a Laser-Plasma Accelerator
针对现有激光等离子体加速器极化电子束产生方案的固有局限，提出对撞脉冲注入技术，结合贝叶斯优化参数，可利用100-TW级激光获得高电流、高极化度且品质优异的电子束团。
2023-10-04 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Selfacceleration of Electrons in One-dimensional Bunches, Moving in Cold Plasma
用多尺度微扰方法研究了一维超相对论电子束团在冷等离子体中运动的非线性动力学。取聚束电子的逆洛伦兹因子的平方根作为小参数。在一级近似下，束团电子动量发生了变化，在欠密等离子体中，对于组合束团的模型例子，束团电子的自加速是显著的。
1996-09-10 acc-phys physics.acc-ph
Linear Theory Analysis of Self-Amplified Parametric X-ray Radiation from High Current Density Electron Bunches
考虑晶体中相对论电子的参量X射线辐射（PXR）的自放大或参量束不稳定性的线性理论，考虑电子束的有限发射和辐射的吸收。结果表明，这些因素从根本上改变了相干X射线产生的电子聚束阈值参数的估计。详细分析了该效应线性理论的边界条件，结果表明掠入射衍射几何结构对不稳定性的增长是最佳的。对毫米厚硅晶体和100 MeV电子的情况，给出了放大率和相干光子产额与电子流密度的关系的数值估计。讨论了相干辐射强度优化实验方案的可能改进。
2015-09-03 physics.acc-ph
Electron-Positron Collider Design -- simulations from long proton driven beam to 125GeV witness electron and positron bunches
本文通过模拟实验证明了基于等离子体加速器的正负电子对撞机的可行性。从SPS（superproton synchrotron）提供的17.612cm质子束出发，模拟表明长质子束在均匀等离子体中通过种子自调制可以在前半部分形成多个高质量的质子束团。然后，我们使用这些高质量的聚束在均匀等离子体中激发尾流场，并加速见证正电子和见证电子。模拟结果表明，在加速90 m后，见证聚束的平均能量约为125 GeV，平均加速梯度约为1.3 GeV/m。正电子-电子碰撞的质心能量约为125 GeV。讨论了输出见证聚束的能量扩展、见证粒子存活率、发射度和亮度。
2020-04-03 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High-quality multi-GeV electron bunches via cyclotron autoresonance
利用圆偏振聚焦高斯脉冲，对激光自共振加速电子进行了理论研究。多粒子模拟证明了产生10 GeV以上超高质量（相对能量扩展为10^-4量级）电子束团的可行性，适用于基础高能粒子物理学研究。所需的激光峰值强度和轴向磁场强度分别高达约10^18 W/cm^2（峰值功率约10 PW）和60 T。超过100 GeV的增益被证明是可能的，当使用弱聚焦脉冲从200-PW激光设施。
2013-07-06 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Direct observation of spatio-temporal dynamics of short electron bunches in storage rings
在最近的同步辐射装置中，使用短（皮秒）电子聚束是产生太赫兹相干同步辐射（THz CSR）巨脉冲的有效方法。在这里，我们报告的第一次直接观察这些脉冲形状与几皮秒的分辨率，他们的动态在很长一段时间。因此，我们以非常直接的方式证实了预测两个物理过程之间相互作用的理论。在一个临界聚束电荷下，我们观察到一个训练相同的太赫兹脉冲（宽带太赫兹梳）源于电子聚束的短。在这个阈值以上，很大一部分的发射是由漂移结构，这是通过自发自组织出现。通过使用最近开发的具有高灵敏度的光子时间拉伸探测器，这些具有挑战性的单次太赫兹记录成为可能。实验已在SOLEIL储存环上实现。
2016-07-27 physics.acc-ph
Generator-Invertor-Dumper System of Electron (Positron) Bunches Moving in Cold plasma for Development of Strong Accelerating Electric Field
结果表明，在具有一定密度的冷等离子体中运动的电子（正电子）束团系统中，可以获得高的加速梯度。这些组合的聚束系统不会在它们后面产生尾流场，并且可以以周期性的顺序穿过等离子体柱。在一维方法中进行了数值和解析的考虑，（当其横向尺寸大于等离子体波长时，可以应用于有限系统，除以$2π$）。以典型参数的阿贡尾场加速器和感应直线加速器为例，讨论了通过测量预测的能量增益进行实验检验的可能性。
1997-01-13 physics.acc-ph
Generation of Relativistic Electron Bunches with Arbitrary Current Distribution via Transverse-to-Longitudinal Phase Space Exchange
本文提出了一种剪裁相对论电子束团电流分布的一般方法。该技术依赖于最近提出的方法来交换的纵向相空间发射度的横向发射度之一。该方法包括横向成形束，然后通过横向到纵向相空间交换束线将其横向轮廓转换为电流轮廓。我们表明，它是可以定制的电流分布遵循，在原则上，任何所需的分布。我们证明，通过计算机模拟，该方法的应用，以产生可调间距和线性斜坡电流分布的微聚束列车。我们还简要探讨了该技术的潜在应用。
2010-07-26 physics.acc-ph
FemtoTrack: A space-charge tracking tool for few-electron ultrashort bunches
超快电子实验通常采用低发射度的少电子脉冲束。这些结构通常比（平均）电子脉冲尺寸大得多，这对模拟的分辨率提出了挑战。我们提出了跟踪代码FemtoTrack，它允许以简单的方式解决这些多尺度的挑战。计算上最重的插值的字段是由移动窗口或补充网格，导致显着的加速处理。空间电荷通过每个聚束内的直接粒子-粒子相互作用来处理，然而，可以在同一窗口中同时模拟多个聚束。这允许获得类似于在实验中在屏幕上获得的统计数据。FemtoTrack应用于两个示例：超快纳米尖端电子源和微芯片上长度可扩展的激光驱动电子加速器。在这些设置中，以前的结果已经以巨大的加速再现，允许类似于实验调谐的参数扫描。
2023-02-20 physics.acc-ph
Acceleration and Focusing Electron/Positron Bunches in Plasma-Dielectric Wakefield Accelerator
针对介质尾场加速器的BBU不稳定性问题，提出带真空通道的等离子体填充方案，通过解析与数值模拟验证了体等离子体本征波对束团横向运动的稳定作用及结构的加速性能。
2024-10-31 physics.acc-ph
Compression of High-Charge Electron Bunches
费米实验室的A0光电注入器可以产生高电荷（10-14 nC）低发射度（12 nC时为20 pi mm-mrad）的电子聚束。我们已经进行了最佳压缩条件的研究。在9单元捕获腔中的非峰值加速度引起能量-时间相关性，该能量-时间相关性由压缩机弯道（4个偶极子）旋转。聚束长度的测量使用条纹相机图像的光学过渡辐射。我们目前的测量在各种条件下，包括激光脉冲长度的影响（2 ps西格玛高斯与10 ps FWHM平顶）。迄今为止，最好的压缩是针对13.2 nC聚束，其中sigma = 0.63 mm（1.89 ps），其对应于2.8 kA的峰值电流。
2000-08-21 physics.acc-ph
A simple method for the determination of the structure of ultrashort relativistic electron bunches
本文提出了一种测量X射线自由电子激光（XFEL）中100个飞秒电子束团纵向轮廓的新方法。该方法只是两个众所周知的技术的组合，其中没有以前结合到我们的知识。我们使用种子10 ps 1047 nm量子激光产生超快电子束团的精确光学复制品。复制品是在由输入波荡器（能量调制器）和短输出波荡器（辐射器）组成的设备中产生的，该设备由色散部分隔开。输出波荡器中的辐射由在光学波长处调制的电子聚束激发，并迅速达到100 MW级的峰值功率。然后，我们使用超短激光脉冲形状测量的标准方法，自相关器和光谱的串联组合（FROG-频率分辨光学门控）。电子束团的光学复制品的FROG轨迹给出了准确和快速的电子束团形状测量的方式类似于飞秒示波器。电子束团结构的实时单次测量可以提供有关束团压缩器中产生超短电子束团的物理机制的重要信息。所提出的技术的最大优点是，它可以用来确定切片的能量传播和发射度在多炮测量。可以完整地测量聚束结构，即测量峰值电流、能量扩展和作为时间的函数的横向发射度。我们用数值例子说明了所提出的方法在欧洲X射线自由电子激光电子束诊断的潜力。
2004-07-15 physics.acc-ph
Coherent inverse Compton scattering with attosecond electron bunches accelerated and compressed by radially polarized laser pulses
本文研究了激光直接驱动电子加速和阿秒束团压缩的标度效应。简单的解析表达式和详细的三维数值计算包括空间电荷揭示了压缩到阿秒电子片的条件。预测了适用于通过相干逆康普顿散射（ICS）产生明亮X射线的中间发射度最小值。我们验证了所得X射线场的相干发射特性，并证明了现实激光参数的可行性。
2012-03-22 physics.acc-ph physics.optics
Micro-Bunched Beam Production at FAST for Narrow Band THz Generation Using a Slit-Mask
我们讨论了在费米实验室加速器科学与技术（FAST）设施上产生窄带太赫兹辐射的微聚束的模拟和实验。FAST低能电子束线由一个基于光注入器的射频电子枪、两个L波段超导加速腔、一个减速弯和一个束流收集器组成。为了获得更好的纵向分离，腔相位偏离波峰使电子聚束延长，然后在弯道中安装狭缝掩模使电子聚束微聚束。我们用30 MeV的电子束进行了实验，并在弯道中使用斜四极磁铁检测微聚束信号。在本文中，详细介绍了微聚束的产生，微聚束的检测和与模拟的比较。
2018-07-11 physics.acc-ph
Generation and Characterization of Electron Bunches with Ramped Current Profiles in a Dual-Frequency Superconducting Linear Accelerator
我们报告成功的实验产生的电子束与斜坡电流分布。该技术依赖于使用超导射频直线加速器在两个频率和电流增强色散部分操作的纵向相空间中的非线性相关性的印象。产生的$\sim 700$ -MeV聚束具有千安培量级的峰值电流。各种加速器设置所采取的数据证明了该方法的多功能性，特别是它能够产生对纵向（时间）坐标具有准线性依赖性的电流分布。所测得的聚束参数，通过数值模拟，产生千兆伏每米峰值加速电场的Transformer比大于2的介质内衬波导。
2011-09-07 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Nanometer-scale pre-bunched electron beams generated from all-optical plasma-based acceleration
Peking University（北京大学）；University of California Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
本文提出一种基于全光学等离子体加速的方案，通过激光调制产生纳米尺度预压缩电子束，为超快X射线应用提供新可能。
2026-02-22 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Numerical Analysis of Space Charge Effects in Electron Bunches at Laser-Driven Plasma Accelerators
激光驱动等离子体加速器（LPA）已经成功地产生了高能量，高电荷的电子束，可以达到许多kA的峰值电流，在短距离内。空间电荷的问题，即使在传输线一样简单的漂移部分，必须仔细考虑，因为它们可以降低光束质量，防止任何进一步的应用程序，这样的电子束。我们用数值模拟的方法分析了电子束团中的空间电荷效应，以评估它们对电子束的影响。我们使用LPA光束参数发表在以前的实验研究。这些研究可以给出一个指示的工作点，空间电荷可以占主导地位的束流动力学，并已考虑到在这种光束的应用。
2010-11-23 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Polarized electron bunch refresh rates in an electron storage ring
针对高能储存环中极化电子束团弛豫问题，提出通过自旋匹配最大化建立时间常数并均衡“上”“下”束团刷新率的方案，以维持极化并减少HEP实验系统误差。
2025-02-01 physics.acc-ph
Energy Spectra from Electromagnetic Fields Generated by Ultra-relativistic Charged Bunches in a Perfectly Conducting Cylindrical Beam Pipe
本文讨论了满足理想导电边界条件的圆形截面直束流管中电磁场的频谱随各种源模型的变化。其中包括沿管轴以恒定速度移动的带电束团，推导出束管中麦克斯韦方程组初边值问题的精确解。在超相对论极限下，场的所有纵向分量趋于零，并且横向场的谱含量和穿过束管的任何截面的平均总电磁能量与超相对论源的性质直接相关。它示出，对于轴对称的超相对论束干涉效应的发生，显示出惊人的相似，发生由于CSR在循环机，尽管事实上，在这个限制的源不再加速。结果提供了一个分析描述，显示如何增强光谱行为取决于源的几何形状和源内结构的随机分布的细节。它们提供了一个可行的实验手段推断与微结构束团的纵向电荷分布的性质，在超相对论运动的直段的束管从观察相关的电磁能谱。它们也与设计标准有关，这些领域的相干效应发挥着重要作用。
2009-08-26 physics.acc-ph
Beam dynamics performances and applications of a low-energy electron-beam magnetic bunch compressor
电子直线加速器的许多前端应用依赖于临时压缩聚束的产生。电子束团的缩短通常是通过位于加速器高能部分的磁束团压缩器来实现的。磁压缩受到集体效应的影响，包括空间电荷和通过相干同步辐射的自相互作用。在本文中，我们探讨了应用磁压缩低能量（$\sim 40$ MeV），高电荷（nC）电子束团与低归一化横向发射率（$< 5$ $μ$ m）。
2013-02-04 physics.acc-ph
Pulse length of ultracold electron bunches extracted from a laser cooled gas
本文测量了激光冷却气体近阈值双光子光电离产生的超冷电子聚束的脉冲长度。用TM $_{110}$模式的共振$3$ GHz偏转腔测量了脉冲长度。我们测量了三个电离区的脉冲长度。第一种是仅使用$480$ nm飞秒激光脉冲的直接双光子光电离，其导致短（$\sim 15$ ps）但热（$\sim 10^{4}$ K）的电子聚束。第二种机制是采用连续波$780$ nm激发激光器和可调谐$480$ nm飞秒电离激光器的组合的刚好高于阈值的飞秒光电离，其导致超冷（$\sim 10$ K）和超快（$\sim 25$ ps）电子聚束。这些脉冲通常包含$\sim 10^{3}$电子，并具有$1.5\pm0.1$ nm $\cdot$ rad的rms归一化横向束发射度。如预期的那样，测量的脉冲长度受到与电离体积的纵向尺寸相关联的能量扩展的限制。第三种机制是刚好低于阈值的电离，它产生在微秒时间尺度上缓慢振荡的里德伯态。
2017-02-27 physics.acc-ph physics.atom-ph physics.plasm-ph
Mixed Diagnostics for Longitudinal Properties of Electron Bunches in a Free-Electron Laser
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器研究所（DESY））
电子束团的纵向特性对于各种科学设施的性能至关重要。例如，在自由电子激光中，现有的诊断在在线调谐和优化期间仅提供电子聚束的非常有限的纵向信息。我们利用人工智能的力量，使用实验数据建立神经网络模型，以使破坏性的纵向相空间（LPS）诊断在线虚拟和改进现有的电流剖面在线诊断，使用相干跃迁辐射（CTR）光谱仪。该模型还可以作为真实机器的数字孪生模型，在其上可以有效地测试算法。我们表明，在FLASH设施的编码器-解码器模型与一个以上的解码器可以作出高度准确的预测，百万像素的LPS图像和相干跃迁辐射光谱同时为电子聚束在一束训练与宽范围的LPS形状和峰值电流，这是通过扫描所有主要的控制旋钮LPS操作。此外，我们提出了一种方法来显着改善CTR光谱仪在线测量相结合的预测和测量光谱。我们的工作展示了如何将虚拟和真实诊断相结合，为科学设施提供异构和可靠的混合诊断。
2022-01-15 cs.LG physics.acc-ph
Energy Loss of a High Charge Bunched Electron Beam in Plasma
等离子体尾流场加速（PWFA）的爆发区是一个具有超高场和非线性等离子体运动特征的区域。使用一个精确的分析，我们在这里研究的非线性PWFA激发的基本限制，由一个无限短，相对论性电子束。在这种情况下的光束能量损失被证明是线性的，即使是非线性等离子体响应，其中归一化的，unitless电荷超过团结。这种效果的物理基础进行了讨论，因为是偏离线性行为中观察到的模拟与有限长度的梁。
2002-06-19 physics.acc-ph physics.plasm-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
From self-organization in relativistic electron bunches to coherent synchrotron light: observation using a photonic time-stretch digitizer
在最近和未来的同步辐射设施中，需要具有越来越高的电荷密度的相对论电子聚束来产生从X射线到太赫兹的各种波长的明亮光。在这样的条件下，电子束团与其自身发射的电磁场的相互作用导致不稳定性和复杂空间结构的自发形成。因此，理解这些不稳定性是大多数电子加速器的关键。然而，调查遭受缺乏非破坏性的记录工具的电子束团的形状。因此，在储存环中，大多数研究都集中在由此产生的辐射上。在这里，我们提出了测量的电场在附近的电子束在存储环，在许多圈。为了记录超快电场，我们设计了一个光子时间拉伸模数转换器，其采样速率为每秒万亿次。因此，我们可以观察到储存环中自发斑图形成和相干同步辐射巨爆发之间的预测联系。
2019-02-16 nlin.PS physics.acc-ph physics.optics
Sub-5-fs compression and synchronization of relativistic electron bunches enabled by a high-gradient $α$-magnet and low-jitter photoinjector
本文提出并实验验证了一种利用高梯度α磁铁和低抖动光电注入器，首次实现亚5飞秒电子束团压缩与同步的新方法，开辟了超快束流控制新领域。
2025-08-05 physics.acc-ph
Absolute charge calibration of DRZ phosphor screens for relativistic electron bunches
Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；Laboratory of Zhongyuan Light, School of Physics, Zhengzhou University（郑州大学物理学院中原光实验室）；Department of Engineering Physics, Tsinghua University（清华大学工程物理系）；Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）
研究针对激光等离子体加速器产生的电子束能量分布广的问题，利用清华大学的射频线性电子加速器提供单能电子束，对一系列DRZ荧光屏进行绝对电荷校准并测量其发光光谱。
2026-07-21 physics.acc-ph
Coherent Terahertz synchrotron radiation mastered by controlling the irregular dynamics of relativistic electron bunches
自发形成的空间结构（模式）发生在各种情况下，从沙丘和流氓波的形成，交通堵塞。在过去的几十年里，非常实际的原因也导致了在同步辐射光源中使用的相对论电子聚束中斑图形成的研究。作为主要的动机，在不稳定性期间自发出现的图案使太赫兹辐射功率增加超过10000倍。然而，这些模式的不规则性在很大程度上阻碍了这种强大的来源的应用。在这里，我们展示了如何使用从混沌控制理论借来的观点，使时空图案规则（从而发射太赫兹功率）。在数学上，规则的不稳定的解决方案预计将与不希望的不规则的解决方案共存，因此可以使用反馈控制可控。我们证明了这种定期的解决方案在同步辐射SOLEIL储存环的稳定性。这些“受控不稳定溶液”的操作使得能够设计高电荷和稳定的同步辐射源。
2018-10-28 physics.acc-ph
Analysis of Ultra-Short Bunches in Free-Electron Lasers
自由电子激光（FEL）工作在从毫米波到硬X射线的波长。在X射线波长下，自由电子激光通常依赖于自放大自发发射（SASE）。典型的SASE发射包含多个时间“尖峰”，其限制光学输出的纵向相干性;因此，改进SASE发射的纵向相干性的替代方案是令人感兴趣的。在本文中，我们考虑了短于SASE尖峰间距的电子聚束。在这种情况下，自发产生的辐射包括一个单一的光脉冲，具有更好的纵向相干性比在典型的SASE自由电子激光。为了研究这种制度，我们使用两个自由电子激光模拟代码。一种（MINERVA）使用慢变包络近似（SVEA），其对于极短的脉冲分解。第二个（PUFFIN）是一个粒子在细胞（PiC）模拟代码，被认为是一个更完整的模型的基础物理和能够模拟非常短的脉冲。我们首先锚定这些代码显示，有大量的协议之间的代码在ENEA弗拉斯卡蒂的ERASASE自由电子激光实验的模拟。然后，我们比较两个代码的模拟使用电子束长度比SASE切片分离短。两个代码之间的比较短束模拟阐明的SVEA在这一制度的局限性，但表明SVEA可以治疗短束，是可比的合作长度。
2020-03-30 physics.acc-ph
Numerical Simulations of Early-Stage Dynamics of Electron Bunches Emitted from Plasmonic Photocathodes
高亮度电子源是开发紧凑型基于加速器的光源的关键成分。电子源通常基于（线性）光电发射过程，其中具有适当波长的激光脉冲撞击金属或半导体光电阴极的表面。最近，等离子体阴极（具有纳米图案化表面的阴极）的使用已经证明了量子效率的极大增强（Li等人，2013 [1]）。或者，这种类型的光电阴极可以支持由横向分离的子束组成的结构化束的形成。在本文中，我们讨论了使用Warp进行的等离子体阴极发射过程的早期束动力学的数值模拟（Friedman等人，2014 [2]）框架。该模型被用来调查从这些光阴极发射的光束的属性，随后结合粒子模拟，探索在射频枪加速后的阴极图案的成像。
2016-08-05 physics.acc-ph
Tailored electron bunches with smooth current profiles for enhanced transformer ratios in beam-driven acceleration
用于带电粒子加速的共线高梯度${\cal O} (GV/m)$束驱动尾场方法对于实现紧凑、成本有效的加速器是至关重要的，例如，支持TeV级轻子对撞机或多用户自由电子激光设施。为了使这些选择可行，高加速场需要用大的Transformer比$>2$来补充，该大的变压器比是表征尾流场激发的“驱动”束与加速的“见证”束之间的能量传递效率的参数。虽然已经讨论了几种潜在的电流分布，但由于其通常不连续的性质，它们的实际实现似乎具有挑战性。在本文中，我们提出了几个替代的电流分布，这是顺利的，也导致增强的Transformer比。我们特别探索了一种激光整形方法，能够直接从光注入器中产生一种建议的分布，并讨论了一种可能驱动电介质加速器的直线加速器概念。
2015-05-22 physics.acc-ph
Laser-accelerated, low divergence 15 MeV quasi-monoenergetic electron bunches at 1 kHz
我们演示了激光尾场加速的准单能电子束团高达15兆电子伏，在1 kHz的重复频率与2.5 pC的电荷每束和一个核心与< 7 mrad的光束发散。加速是由5 fs，< 2.7 mJ的激光脉冲入射到一个薄的，近临界密度的氢气射流。低光束发散归因于对激光载波包络相位滑移的降低的敏感性，这通过使用激光偏振和气体射流控制以两种方式实现：（1）电子注入到气体射流的等离子体密度下降斜坡上的尾流中，以及（2）使用圆偏振驱动脉冲。在下坡中的温和波破碎的条件下，电子束轮廓具有与κ电子能量分布一致的2D洛伦兹形状。这种分布以前只在空间或尘埃等离子体中观察到。我们将这种形状归因于二次尾流场气泡势所限制的强相关无碰撞聚束，其中气泡中的红移激光场将横向速度空间扩散赋予聚束。
2020-10-29 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Amendment of the numerical dispersion in particle-in-cell methods for evaluation of charges of self-injected electron bunches in the laser wakefield acceleration
在激光尾场加速（LWFA）中产生的电子束的总电荷和能量的评估是确定所需的目标和激光参数的主要步骤。粒子模拟（PIC）是一种有效的数值工具，可以提供这样的评估，除非数值色散的影响不被削弱。数值色散不仅影响LWFA中的退相长度，而且影响自注入电子的总量，这是PIC模拟所特有的。在计算光速时的$10^{-4}-10^{-3}$数量级的数值误差导致总注入电荷和加速电子聚束的能量增益的显著误差。在标准的数值方法中，对光速的数值修正要么要求无限小的空间网格分辨率（这需要大的计算平台），要么被迫在数值精度上妥协。一个简单，易于实现的数值方案，以抑制数值分散的电磁脉冲在PIC模拟中，即使具有适度的空间分辨率，而没有任何特殊的处理的核心结构的数值算法。由于尾流相速度的更好计算，自注入电子束团的估计电荷变得基本上更低。
2021-12-31 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Coherent radiation reaction effects in laser-vacuum acceleration of electron bunches
分析了相干增强辐射反应对亚波长电子束团与强激光相互作用中运动的影响。辐射反作用力表现为激光束方向上的辐射压力，与垂直方向上的粘性力相结合。由于电子束团的库仑膨胀，相干辐射反应效应只发生在束团小于波长的初始阶段。结果表明，这个初始阶段可以有可观察到的效果上的束的轨迹。通过将系统缩放到更大的聚束电荷，这些效应可以增加到这样的程度，即它们可以抑制通常在有质动力加速方案中发现的径向不稳定性，从而使激光真空电子聚束加速到GeV能量的全部潜力成为可能。
2010-04-04 physics.acc-ph physics.atm-clus physics.class-ph
