Dense Polarized Positrons from Laser-Irradiated Foil Targets in the QED Regime
在强场量子电动力学（QED）体系中，激光与固体相互作用可以有效地产生高密度正电子。这些正电子是否被极化还没有报道，限制了它们的潜在应用。本文采用QED粒子模拟方法，考虑了正负电子自旋和光子极化效应，研究了一种典型的激光-固体系统，即用超强线偏振激光照射含有$μ$ m尺度预等离子体的箔靶。我们发现，当激光强度超过$10^{24}~\rm W/\rm cm^2$时，正电子产额变得可观时，正电子明显地被极化。极化的正电子能以$10^{12}\,{\rm sr}^{-1}$的通量获得$>30\%$极化度和$>30$ nC电荷。偏振依赖于偏转角，在某些角度和能量下可达60%。角相关极化归因于正电子在过密等离子体表层中所经历的非对称激光场，其中辐射自旋翻转和辐射反应起着重要作用。正电子极化是鲁棒的，通常可以出现在未来的100-PW级激光固体实验的各种应用。
2021-12-14 physics.plasm-ph
Modeling terahertz emissions from energetic electrons and ions in foil targets irradiated by ultraintense femtosecond laser pulses
本研究针对超强飞秒激光辐照箔靶的太赫兹辐射问题，建立动力学与等离子体膨胀模型，分析电子、离子的两类辐射机制及参数影响，发现快电子早期运动的太赫兹辐射远强于膨胀等离子体辐射。
2023-12-14 physics.plasm-ph
Strong field electrodynamics of a thin foil
给出了描述薄双层薄膜非线性电动力学的精确解。这些解决方案对应于高强度激光脉冲与过密等离子体相互作用的广泛问题，如频率上移，高次谐波产生和高能离子加速。
2013-10-18 physics.plasm-ph
Efficient ion acceleration by collective laser-driven electron dynamics with ultra-thin foil targets
本文介绍了用具有超高对比度和线性偏振的激光脉冲辐照超薄类金刚石碳（DLC）薄膜（厚度远低于趋肤深度）进行离子加速的实验。质子和碳离子的最大能量分别为13MeV和71MeV，转换效率> 10%。二维粒子模拟结果表明，当靶对入射激光脉冲透明时，离子能量的增加主要归因于箔电子的集体运动，而不是热运动。
2009-09-12 physics.plasm-ph
Radiation Pressure Acceleration of Thin Foils with Circularly Polarized Laser Pulses
本文描述了一种新的方法，即用10^20 W/cm ^2以上的强激光束对薄箔进行辐射压力加速。利用圆偏振光可以非常高的效率产生扩展到GeV能量的高单能质子束。质子束具有非常小的发散角（小于4度）。这种新方法允许构建具有超短粒子爆发的超紧凑质子和离子加速器。
2007-08-15 physics.plasm-ph
Absorption and opacity threshold for a thin foil in a strong circularly polarized laser field
我们表明，一个普遍接受的透明度阈值薄箔在一个强大的圆偏振垂直入射激光脉冲需要一个细化。我们提出了一个新的分析模型，它正确地占激光吸收。精确的阈值不仅由激光幅度确定，而且其他参数也同样重要或甚至更重要。我们的预测与PIC模拟完全一致。精确的判据对于在高场区域配置激光等离子体实验是至关重要的。此外，不透明的箔使脉冲前沿变陡，这对于许多应用可能是重要的。
2020-03-10 physics.plasm-ph
Electrostatic field acceleration of laser-driven ion bunch by using double layer thin foils
采用二维粒子模拟方法研究了强线偏振激光脉冲作用下双层薄箔靶产生和加速单能离子束团的过程。靶前层的低Z离子被激光驱动的超热电子加速并穿透高Z离子层，形成准单能离子束，该束将继续被不动的高Z离子和超热电子形成的准稳定静电鞘场加速。这一机制为在束流产生实验中不需要超高对比度和高梯度激光脉冲而产生单能离子束提供了可能性，模拟结果证实了这一点。
2012-01-16 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
Instability of a Thin Conducting Foil Accelerated by a Finite Wavelength Intense Laser
考虑到激光波场中的有限波长效应，推导了强激光加速薄箔类瑞利-泰勒（RT）不稳定性的理论模型。后者导致电磁波从由箔的不稳定性引起的周期性结构的衍射，当箔上的扰动具有与激光波数相当或大于激光波数时，这显著地修改了类RT不稳定性的增长速率。特别地，增长率在扰动波数近似等于激光波数处具有局部最大值。标准RT不稳定性，所产生的压力差的两侧之间的箔，近似恢复的扰动波数小于激光波数。指出了激光圆偏振和线偏振结果的差异。该模型具有重要意义的辐射压力加速薄箔和激光驱动的惯性约束聚变计划，RT类不稳定性是显着的障碍。
2014-08-07 physics.plasm-ph physics.space-ph
Gamma-Ray Flash Generation in Irradiating Thin Foil Target by Single Cycle Tightly Focused Extreme Power Laser Pulse
我们提出了一个制度，其中超强激光脉冲与箔靶相互作用的结果在高$γ$ -光子转换效率，通过三维量子电动力学粒子在细胞模拟。在紧聚焦条件下使用单周期激光脉冲以获得$\mathrmλ^3$状态。模拟采用径向偏振激光，因为与方位角偏振和线性偏振相比，径向偏振激光导致更高的$γ$ -光子转换效率。激光能量的很大一部分被转移到正电子，而一部分电磁波作为阿秒单周期脉冲逃离目标。
2021-03-05 physics.plasm-ph
Generation of ultra-short light pulses by a rapidly ionizing thin foil
当足够强的激光脉冲撞击固体靶时，会产生薄而致密的等离子体层。由随时间变化的电子密度引入的非线性导致谐波的产生。谐波辐射的脉冲持续时间与电子密度的上升时间有关，因此可以受到入射脉冲的形状及其峰值场强的影响。结果提出了从数值粒子模拟的强激光脉冲与薄箔靶相互作用。一个分析模型，它显示了如何创建的谐波。该方案可能是产生阿秒脉冲的一种很有前途的方法。PACS编号：52.40.Nk、52.50.Jm、52.65.Rr
1998-04-27 physics.plasm-ph
Interaction of super intense laser pulses with thin foil: Dopler transformation of coherent light into X-ray and gamma-ray bands
利用计算机模拟研究了飞秒激光脉冲电离薄固体靶产生相对论电子镜的过程。结果表明，反向传播的弱波经这种反射镜反射后，可产生X射线和γ射线波段的相干辐射。研究了上转换辐射的光谱。
2001-07-27 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Ultrasmall divergence of laser-driven ion beams from nanometer thick foils
本文报道了高对比度强激光辐照纳米厚类金刚石薄膜产生质子束发散的实验研究。质子束具有极小的发散角（半角）的2度，此外观察到一个非常良好的准直功能，在整个能量范围内，显示一个数量级的减少相比，从微米厚的目标的结果的发散角。我们表明，这种减少产生于陡峭的纵向电子密度梯度和指数衰减的横向剖面在背面的电子箔。协议被发现在一个分析模型和粒子在细胞模拟。这些新的功能，使纳米箔一个有吸引力的替代高通量实验相关的核和温暖的致密物质物理学的基础研究。
2013-03-11 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Detailed investigation on x-ray emission from laser driven high-Z foils in a wide intensity range : role of conversion layer and reemission zone
采用辐射流体力学模拟方法研究了钨（W）、金（Au）、铅（Pb）和铀（U）4种高Z平面靶在1 ns、351 nm平顶激光脉冲辐照下的X射线发射过程。通过适当选择光子能量范围和复合参数，在$10^{12}-10^{15} W/cm^{2}$的宽强度范围内对所有激光驱动的高Z箔进行了彻底的分区分析。由此产生的变化的转换效率在整个强度范围内表现出最佳的所有材料，这是通过考虑从两个不同的区域的激光照射等离子体，即转换层和缓解区的特征发射贡献来解释。提出了一种新的基于光滑破幂律的广义单标度关系，用于软、硬/M波段X射线区转换效率随$η_{S}$、$η_{M}$的变化。已经观察到，对于小于$\sim 3\times 10^{13} W/cm^{2}$的强度，Pb和W的$η_{S}$总是位于Au和U的$η_{S}$之间。当强度进一步增加时，观察到Au和U的$η_{S}$最大，而W的最小。在所有元素中观察到的强度高于$\sim 2\times 10^{13} W/cm^{2}$的最大值和最小值分别达到W和U的M-波段转换效率的显着贡献。通过考虑转换层和再发射区中所有材料的发射系数对不同激光强度下相应光子截止能量的贡献，解释了上述结果。
2022-07-28 physics.plasm-ph
Radiation pressure acceleration of protons from structured thin-foil targets
为了抑制激光与薄膜相互作用中的类Rayleigh-Taylor横向不稳定性，研究了离子的辐射压加速过程。这是通过在目标表面上施加表面和密度调制来实现的。我们还研究了在辐射占主导地位的制度，辐射反应的影响是重要的，从密度调制和结构化的目标离子RPA的功效。我们表明，使用密度调制和结构化的目标和辐射反应效应可以帮助实现高离子能量（在GeV范围内）和较低的能量扩散的双重目标。
2021-11-28 physics.med-ph physics.plasm-ph
Terahertz emission from submicron solid targets irradiated by ultraintense femtosecond laser pulses
采用高分辨率的二维粒子模拟方法，数值研究了垂直入射的超强（$\sim 10^{20}\,\rm W\,cm^{-2}$）、超短（$30\,\rm fs$）激光脉冲驱动下，亚微米厚碳固体薄膜中的太赫兹辐射机制.所考虑的目标厚度范围延伸到相对论透明度制度，这是已知的优化离子加速飞秒激光脉冲。通过解开纵向和横向电流发射的字段，我们的分析表明，在相互作用后的第一皮秒内，太赫兹发射发生在突发作为相干跃迁辐射的结果，由再循环的热电子和天线型发射的屏蔽电子电流沿快速膨胀的目标表面行进。
2020-07-09 physics.plasm-ph
Tracing dynamics of laser-induced fields on ultra-thin foils using complementary imaging with streak deflectometry
我们提出了一个详细的研究电场和磁场，这是创建的等离子体真空界面作为一个结果，高度强烈的激光物质相互作用。为了产生电场，用具有超高对比度的高强度飞秒和皮秒激光脉冲照射超薄聚合物箔。为了确定这些领域的时间演变和空间分布的质子条纹偏折术方法已被进一步发展，并应用于两种不同的成像配置。它使我们能够收集有关所研究的场结构的补充信息，特别是关于不同场分量（平行和垂直于目标表面）的影响以及移动离子前沿的影响。应用的超高激光对比度显著提高了实验的再现性，并提高了成像方法的准确性。为了解释实验观测，这是通过施加超短激光脉冲，两个不同的分析模型进行了详细的研究。他们的能力，重现条纹偏转测量的三维粒子模拟的基础上进行了测试。两种模型的修改和组合允许在两种成像配置中广泛和准确地再现实验结果。激光脉冲持续时间从50飞秒到2.7皮秒的受控变化导致作用在聚合物箔后侧的探测质子束上的主导力的转变。所应用的质子偏转法允许在超薄箔的后侧明确地确定磁场极性。
2016-03-14 physics.plasm-ph
Effects of 3D printed capsule material on activation thin foil irradiation and counting for fusion neutron yield measurements
Plasma Science and Fusion Center, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院等离子体科学与聚变中心）；Commonwealth Fusion System（联邦聚变系统）；Coastal Carolina University（沿海卡罗来纳大学）
本文研究了三维打印胶囊材料对激活箔辐射和计数在融合中子产额测量中的影响，发现铝和铜箔适用于多箔配置，三维打印胶囊减少计数但影响较小，镧基探测器可作为高纯度锗谱仪的替代品。
2026-03-05 physics.ins-det physics.plasm-ph
Synchrotron radiation from ultrahigh-intensity laser-plasma interactions and competition with Bremsstrahlung in thin foil targets
通过粒子模拟，我们研究了在与多拍瓦激光系统相关的超高强度条件下，激光-等离子体相互作用中高能光子的发射。我们首先研究了不同密度和大小的激光驱动等离子体的同步辐射特性。特别是，我们显示和解释的辐射光子的角分布的依赖性上的透明度或不透明度的等离子体。然后研究了$10^{22}\,\rm W\,cm^{-2}$、$50 \, \rm fs$激光脉冲辐照铜箔靶时同步辐射和韧致辐射的竞争。同步辐射被观察到最大的几个$10 \, \rm nm$，接近相对论透明度阈值的目标厚度，并取代韧致辐射在几个$μ$ m厚的目标。在它们的最佳效率下，发现这两种机制都将大约1%的激光能量辐射成能量高于$10\,\rm keV$的光子。根据超快靶动力学理论，对它们的能量谱和角谱进行了详细的分析。
2020-06-30 physics.plasm-ph
A Thin Foil-foil Proton Recoil Spectrometer for DT neutrons using annular silicon detectors
使用薄膜质子反冲（TPR）谱仪测量氘氚（DT）聚变等离子体中的中子已经被研究过，并且是一种成熟的中子谱测量技术。这里提出的研究重点是TPR光谱仪配置的优化dE和E硅探测器组成。此外，还研究了该谱仪测定类DT等离子体中燃料离子温度和燃料离子密度比的能力。为了计算探测效率和能量分辨率作为几个光谱仪几何参数的函数，开发了Python代码。关于几何光谱仪参数箔厚度、从箔到第一检测器的距离和两个检测器之间的距离，使用多目标优化，即帕累托图分析，对所选分辨率值进行检测效率的优化。此外，还研究了探测器分段对谱仪能量分辨率和效率的影响。该代码还产生了两个选定的光谱仪配置的响应函数。用SPEC程序模拟了谱仪测量燃料离子温度和燃料离子密度比n_t/n_d的性能。所提出的结果包括所选择的光谱仪配置与计算的能量分辨率和效率。对于5%的选定光谱仪分辨率，实现了约0.003%的最大效率。此外，检测器分段允许光谱仪效率提高20%，能量分辨率为4.3%。ITER对n_t/n_d比测量精度要求为20%，对温度测量精度要求为10%，在100 ms的采样窗口内，采用几个同类型的TPR的组合可以达到这一要求，以提高效率。
2019-02-20 physics.ins-det physics.plasm-ph
Stable laser-driven proton beam acceleration from a two-specie ultra-thin foil
通过使用多维粒子模拟，我们提出了一个新的政权的稳定质子束加速时发生的两种形状的箔被照射的圆偏振激光脉冲。据观察，由于电荷质量比的差异，较轻的质子几乎瞬间从较重的碳离子中分离出来。重离子层在空间中广泛膨胀，并起到缓冲质子层的作用，使其不受瑞利-泰勒（RT）不稳定性的影响，否则会降低质子束的加速。一个简单的三界面模型，制定定性地解释了稳定的轻离子加速。由于不存在类RT不稳定性，即使在激光-箔相互作用结束后，所产生的高质量单能质子束团也能很好地保持。
2010-06-24 physics.acc-ph physics.med-ph physics.plasm-ph
Monoenergetic proton beams accelerated by circularly polarized laser with thin solid foils
研究了圆偏振激光脉冲与稠密等离子体相互作用中离子的加速问题。对于圆偏振激光脉冲，由于在激光脉冲的相互作用前沿建立的光压力和静电场，建立了电子的准平衡。静电场可以使激光脉冲趋肤深度内的离子在电荷耦合过程中同步加速和聚束，从而产生单能高强度质子束。推导了加速离子的动力学方程，并通过粒子模拟进行了验证。
2007-12-22 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Optimisation of Thin Plastic Foil Targets for Production of Laser-Generated Protons in the GeV Range
本研究通过结合流体动力学模拟与粒子模拟，详细分析了飞秒激光与纳米厚度靶的相互作用机制，预测了不同激光功率下质子能量可达GeV量级，为薄塑料箔靶的优化提供了理论依据。
2019-08-14 physics.plasm-ph
Laser acceleration of a thin, inflated layer of heavy material by the radiation pressure applied to a self-generated, imperfect plasma mirror
本文研究了通过辐射压力加到自生的、不完美的等离子体镜（光子吸收概率η有限）上来加速超薄箔以产生高能（多GeV）重离子束。为了评估箔动力学，针对现象学参数η的恒定和相对论不变值，开发了相对论模型。作为所涉及的参数（η、以光速β为单位的目标平均翼速度等）的函数，评估了向物质传递动能的可实现效率。对于初始薄材料圆盘，计算了所产生离子束的期望准直度、相关能量范围、模型在η有限值下的自洽性以及对R-T不稳定性的存活率。
2010-05-25 physics.plasm-ph
Precision mapping of laser-driven magnetic fields and their evolution in high-energy-density plasmas
Princeton University（普林斯顿大学）；University of Rochester（罗切斯特大学）；Imperial College（帝国理工学院）
该研究利用超快质子射线照相术，通过激光脉冲照射薄塑料箔，测量瑞利-泰勒不稳定性产生的磁场，实验数据与二维磁流体动力学模拟预测相符，实现了激光驱动磁场在高能量密度等离子体中的精确映射及演化研究。
2026-07-10 physics.plasm-ph
Stabilized Radiation Pressure Dominated Ion Acceleration from Thin-foil Targets
利用粒子模拟方法研究了辐射压主导的离子加速过程中横向和纵向电子加热效应对靶稳定性和离子谱的影响。当纵向电子温度保持尽可能低时，发生有效的离子加速。然而，考虑到抑制横向不稳定性，需要定制横向电子温度，这可以在加速阶段期间保持靶结构完整更长的持续时间。我们建议使用的表面腐蚀的目标，以增加横向温度，这提高了最终的峰值能量和离子的光谱质量相比，一个正常的平面目标。
2010-06-15 physics.acc-ph physics.med-ph physics.plasm-ph
Magnetic field generation by the Rayleigh-Taylor instability in laser-driven planar plastic targets
University of Rochester（罗切斯特大学）；Imperial College（帝国理工学院）
研究利用超快质子射线照相术，在激光驱动平面塑料靶中测量瑞利-泰勒不稳定性产生的磁场，通过特定激光脉冲照射引发靶调制并放大，实验数据与二维磁流体动力学模拟预测相符。
2026-07-09 physics.plasm-ph
Theory of laser ion acceleration from a foil target of nanometers
提出了一种激光加速离子的理论，用以计算高反差强激光与纳米薄膜相互作用中离子的最大能量。在这种情况下，离子的能量可能与激光强度和随后的电子动力学直接相关。这导致一个简单的解析表达式的离子能量增益下的激光照射薄靶。值得注意的是，更高的能量薄的目标比厚的目标预测。理论是具体化的细节，最近的实验可能会找到自己的方式来比较这些结果。
2009-06-26 physics.optics physics.plasm-ph
Strong electromagnetic pulses generated in high-intensity short-pulse laser interactions with thin foil targets
测量的目标中和电流，目标的电荷，和作为结果的激光-目标相互作用产生的磁场的切向分量的脉冲与目标上的能量在45 mJ至92 mJ的范围内，脉冲持续时间从39 fs至1000 fs。实验在波尔多CELIA的Eclipse设施中进行。实验的目的是扩大调查厚（毫米级）的目标薄（微米厚度）的目标的情况下，将允许一个简单的比较结果的方式。我们发现，薄箔靶往往比厚靶产生高20%至50%的中和电流和靶电荷。对磁场切向分量的测量表明，初始尖峰由与中和电流的1 ns脉冲一致的1 ns脉冲主导，但不同类型的目标之间在亚ns尺度上存在一些差异，这是一种超出目标充当天线的简单图像的效果。亚ns结构似乎是可再现的令人惊讶的程度。我们发现，一般有一个线性相关的最大值之间的磁场和最大的中和电流，这支持目标天线图片，除了脉冲数百fs长。
2017-10-16 physics.plasm-ph
Ion Acceleration via "Nonlinear Vacuum Heating" by the Laser Pulse Obliquely Incident on a Thin Foil Target
从实验和理论上研究了激光脉冲平行入射薄靶时加速离子的能量与激光偏振态的关系。我们发现，当脉冲变为s极化时，p极化的离子能量最大值逐渐减小。实验发现的离子能量的依赖性解释通过调用异常的电子加热，导致在目标表面形成高静电势。本文在具有阶跃非线性的受驱动振子理论模型的框架内，描述了激光场中电子在超光速运动能量之外的反常加热。我们已经证明，电子反常加热可以实现在两个区域：非线性共振和随机加热，取决于随机性的程度。发现了加速离子能量与激光强度、脉冲宽度、极化角和入射角的关系。
2015-06-22 hep-ex physics.optics physics.plasm-ph
Thomson backscattering from laser generated, relativistically moving high-density electron layers
我们的实验表明，XUV辐射产生时，激光脉冲汤姆逊背散射的相对论性电子，这是形成在背面的箔照射在其前侧由高强度激光的片材。使用Jena钛：蓝宝石TW激光系统（JETI）实现了全光学设置。主脉冲被分成两个脉冲：一个用于将来自薄铝箔靶的电子加速到大约MeV的能量，另一个用于将反向传播的探测脉冲在这些电子离开靶后侧时从这些电子上反向散射。该过程产生的光子在一个宽的光谱范围内的一些几十eV的结果，广泛的电子能量分布。当探测脉冲在泵浦脉冲照射靶正面后100 fs到达靶背面时，观察到最高的散射强度，对应于相互作用区域的最大热电子通量。这些结果可以提供时间分辨的信息后表面的电子鞘层的演变，因此有关的电场的动态负责从薄，激光照射箔的后表面的离子加速。
2012-08-14 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
Time-dependent energetic proton acceleration and scaling laws in ultra-intense laser pulses interactions with thin foils
提出了一个两相模型，即激光照射时等离子体为等温膨胀，激光照射结束后等离子体为绝热膨胀，用来预测超强激光与金属箔相互作用中产生的质子束的最大能量。该模型连续地考虑了超强激光与固体相互作用中的热电子回流，并用随时间变化的热电子密度来描述。考虑了电子再循环和横向扩散时电子密度的稀释效应。利用我们的模型，得到了离子最大能量的标度律，以及标度系数与激光强度、脉冲宽度和靶厚度的关系。结果表明：绝热膨胀是离子加速的一个不可忽视的重要过程;整个加速时间约为激光脉冲宽度的10-20倍;激光强度越大，离子最大能量对聚焦半径的变化越敏感等。
2008-12-03 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Inverse Compton scattering from solid targets irradiated by ultra-short laser pulses in the $10^{22}-10^{23}\,\mathrm{W/cm^2}$ regime
采用粒子模拟方法研究了超强激光脉冲与薄固体薄膜相互作用中通过非线性逆康普顿散射过程（ICS）产生的高能γ射线辐射。它示出的ICS光子的角分布有一个向前取向的两个方向的结构，中心在一个角度$\vartheta = \pm 30^\circ$，一个值预测的理论模型的基础上的驻波近似的电磁场在前面的目标，这只增加在最高的强度，由于更快的钻孔，这使得近似无效。转换效率随驱动脉冲强度呈超线性增加。通过电子核韧致辐射的发射相比，它表明，更高的吸收，更快的钻孔进一步增强，在具有较低的原子序数的目标强烈有利于ICS过程。
2019-12-17 physics.plasm-ph
Phase-stable limited relativistic acceleration or unlimited relativistic acceleration in the laser-thin-foil interactions
为了阐明相稳定加速度（PSA）和无限相对论加速度（URA）之间的关系（物理评论快报）。104，135003（2010）），基于流体动力学方程，提出了超强激光与纳米箔相互作用的分析相对论模型。离子动量对时间的依赖性与以前的结果是一致的，并通过PIC模拟检查。根据初始离子动量的不同，相对论RPA包含两个加速过程：相位稳定的有限相对论加速（PS-LRA）和URA。在PS-LRA中，电势是捕获离子的深阱。离子前沿，即，底部，将其分为两部分：左半区为PSA区，右半区为PSD区，在PSD区中，离子爬升并减速返回。在PS-LRA中，最大离子能量是有限的。如果初始离子动量足够大，离子将经历一个势下坡，坠入无底深渊，这就是所谓的类锁相位置。URA不再是相稳定的。在类锁相位置，离子可以获得无限的能量增益，离子密度不为零。你不能同时拥有PSA和URA。
2011-03-21 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Fast collisional electron heating and relaxation in thin foils driven by a circularly polarized ultraintense short-pulse laser
良好的热化，热的和致密的等离子体的创建是有吸引力的热致密物质的研究。利用粒子模拟方法研究了超强超短激光脉冲在固体铜靶中的碰撞诱导能量吸收。我们发现，在照射由一个$2\times10^{20}{\rm\,W\,cm^{-2}}$强度，$60{\rm\,fs}$持续时间，圆偏振激光脉冲，在碰撞模拟的电子迅速达到一个良好的热化分布与${\sim}3.5{\rm\,keV}$温度，而在无碰撞模拟的吸收弱几个数量级。圆极化抑制超热电子的产生，同时确保通过逆韧致辐射有效的体加热，这是一种在相对论激光强度下通常被忽视的机制。考虑碰撞电离和场电离的另一个模拟产生了类似的结果：大量电子被加热到${\sim}2.5{\rm\,keV}$，但与预设的固定电离情况相比，热化程度略低。碰撞吸收机制被发现是强大的对激光参数的变化。在固定的激光脉冲能量下，增加脉冲持续时间而不是强度导致更高的电子温度。
2020-04-28 physics.plasm-ph
Radiation Pressure Acceleration of Ion Beams Driven by Circularly Polarized Laser Pulses
我们目前的实验研究离子加速超薄类金刚石碳（DLC）箔照射的超高对比度激光脉冲能量为0.7 J，聚焦到峰值强度为5*10^{19} W/cm ^2。当激光偏振从线性变为圆形时，观察到电子加热的减少，导致在5.3 nm的最佳箔厚度处的完全电离的碳光谱中的显著峰。二维粒子模拟结果表明，这些C^{6+}离子第一次被激光辐射压力以相位稳定的方式加速。
2009-08-27 physics.plasm-ph
Harmonics Generation in Ultra-Thin Nanofilms Irradiated by Intense Nonrelativistic Short Laser Pulse
在纳米靶中的谐波产生的问题被认为是在参数范围内（纳米靶直径和泵浦激光强度）时，在目标中的电子的振荡幅度远大于目标的宽度。电子运动带电纳米靶在不同的激光场（非相对论）强度的存在下被认为是。证明了在红外波段的激光作用下，团簇不具有足够强的束缚电子的势，使电子具有大的振荡幅度。与团簇相反，纳米膜被认为是所考虑问题中非常有前景的目标。一个简单的分析模型和分子动力学模拟表明，增加谐波产生时，在薄膜中的电子的振荡幅度变得更大，比膜的宽度。简要讨论了不同制度的生成。
2014-02-08 physics.plasm-ph
Collective Absorption Dynamics and Enhancement in Deformed Targets
强烈的飞秒激光脉冲与薄箔，有一个强加的变形的相互作用进行了比较厚的目标，开发弓冲击。两种靶类型均产生良好的吸收。在$4 \cdot 10^{18} W/cm^2$下，$0.2μm$厚、15倍过密箔的吸收率高达80%。在$10^{18} W/cm^2$下，对于$4 μm$厚、2倍过密厚的靶获得50%的值。对于激光等离子体界面的可比较的延伸和曲率，两个目标中的吸收水平变得相似。在这两个吸收尺度弱强度和密度。然而，薄箔和厚靶中的能量传输是不同的。
1998-08-28 physics.plasm-ph
Collisional effects on the electrostatic shock dynamics in thin-foil targets driven by an ultraintense short pulse laser
采用粒子模拟方法，研究了高强度（$I\approx2{-}5\times10^{20}{\rm\,Wcm^{-2}}$）、超短（${\sim}10{\rm\,fs}$）、圆偏振激光脉冲辐照下，库仑碰撞对高$Z$、固体密度氢化铯和铜靶中离子动力学的影响。碰撞显着增强电子加热，从而大大增加了在激光等离子体相互作用中发射的冲击波的速度。在氢化铯靶中，两种离子之间的碰撞将质子加热到${\sim}100{-}1000{\rm\,eV}$温度。然而，与以前的工作相比（A.E. Turrell等人，2015 Nat Commun. 6，8905），由于几乎全部的质子反射，该过程仅发生在上游。这种差异归因于不同的模型，用于处理碰撞在稠密/冷等离子体。在铜靶的情况下，离子反射可以作为自放大过程开始，自举。之后，反射离子和上游离子之间的碰撞显著加热这两个群体。当将脉冲持续时间增加到$60{\rm\,fs}$时，激波阵面更清楚地从激光器活塞中分离出来，因此可以在没有激光器直接干扰的情况下进行研究。在早期形成的冲击波表现出典型的流体动力学和静电冲击，包括离子反射的属性。在后期，可以看到冲击波演变成流体动力冲击波。
2020-07-30 physics.plasm-ph
Two stage $γ$ ray emission via an ultrahigh intensity laser pulse interaction with a laser-wakefield accelerated electron beam
利用粒子模拟方法研究了强激光脉冲与激光尾场加速电子束碰撞产生的双$γ$射线束。本文研究了均匀欠密预等离子体在固体箔片前的合成靶。在预等离子体中的电子被尾流场捕获和加速。当激光脉冲被薄的固体箔反射时，尾场加速的电子继续向前运动并穿过箔，几乎不受反射的激光脉冲和箔的影响。因此，两组$γ$射线闪光，具有可调的时间延迟和能量，产生的尾场加速电子束与反射的激光脉冲从箔以及另一个反向传播的拍瓦激光脉冲在后面的箔。研究了$γ$光子发射与预等离子体密度、驱动激光偏振态和薄膜的关系。
2020-02-22 physics.plasm-ph
Validation of Thin-foil proton recoil neutron spectrometer prototype for application in high yield DT fusion devices
本研究构建了薄箔质子反冲中子能谱仪样机并利用DT中子发生器进行实验，验证了Geant4模拟的准确性，为ITER等聚变装置的中子能谱监测提供了信心与新的能量校准方法。
2024-08-30 physics.ins-det physics.plasm-ph
Two surface plasmon decay of plasma oscillations
超强激光与固体箔的相互作用可用于将离子加速到远超过60 MeV的高能量。电子在强激光辐射中的非线性相对论运动导致它们的加速，随后导致离子的加速。离子可以从前表面、箔内部区域和箔后表面加速（TNSA，最广泛使用的），或者如果箔足够薄，则可以作为整体加速（RPA）。在这里，我们专注于最广泛使用的激光离子加速TNSA的机制。从完全平坦的箔，我们通过模拟显示如何在固体或内部的电子衍射导致在离子的空间调制。精确的动力学非常敏感地依赖于所选择的初始参数，这对电子动力学有着巨大的影响。在阶梯状密度梯度的情况下，我们发现的证据表明，两个表面等离子体激元衰减等离子体振荡触发Raileigh-Taylor不稳定性。
2015-03-20 physics.plasm-ph
Enhanced laser-driven proton acceleration with gas-foil targets
数值研究了飞秒激光脉冲驱动下质子在气膜靶中的加速机制。该靶由一个几十微米的近临界密度氢气层组成，氢气层附着在固体碳箔上，背面有一个污染物薄质子层。二维粒子模拟表明，在最佳的气体密度，污染物质子的最大能量增加了一个因素的$\sim 4$相比，一个单一的箔目标。这种改进源于激光几乎完全吸收到气体中的相对论电子中。几个充满活力的电子种群被确定，并通过计算它们在质子的位置产生的静电场来量化它们各自对质子加速的影响。虽然发现这些电子组中的每一个都对整个加速场有很大贡献，但主要的一个是由气体中激发的非线性尾流场产生的相对论热体积，正如Debayle等人最近分析的那样[New J. Phys. 19，123013（2017）]。我们的分析还揭示了邻近离子在加速最快质子中的重要作用，以及质子层随时间增加的曲率引起的多维效应的发生。
2020-09-15 physics.plasm-ph
Gamma-ray generation in ultrahigh-intensity laser-foil interactions
本文用三维数值模拟方法研究了超相对论电子在激光脉冲垂直入射时在强度$2 \times 10^{21} \text{--} 2 \times 10^{25} \text{W} \, \text{cm}^{-2}$和电子密度$2 \times 10^{22} \text{--} 1 \times 10^{24} \text{cm}^{-3}$范围内的非相干光子发射。我们重点讨论了所产生的同步辐射的性质，如它的总能量，辐射方向图的方向性和能谱的斜率。在一个简单的分析模型的框架下，研究了激光-薄膜相互作用的机制。有效的伽马射线产生的激光等离子体参数被发现，并透露是接近相对论箔运动的参数。结果表明，在斜入射的$3 \text{PW}$的情况下，$10 \text{fs}$激光脉冲在薄箔约$10^{8} \text{photons}/0.1\% \text{bandwidth}$产生的能级的$1 \text{MeV}$，显着超过现代康普顿γ射线源的性能。讨论了γ射线束的各种应用。
2014-01-31 physics.plasm-ph
High-Energy and High-Quality Ion beams in Light Sail Acceleration
照射薄固体密度箔的超强激光脉冲原则上可以加速整个箔，因此产生密集的、准直的和准单能的离子束。这些独特的功能，使光帆制度的辐射压力加速一个有前途的加速机制，适用于密集和高通量的离子束的应用。然而，几种不稳定性的发生通常导致箔变形和加热，这导致辐射压力加速阶段的过早终止和离子谱的强烈加宽。在这里，我们表明：（i）之间的关系，可达到的离子能量每核子和发展的不稳定性存在，这样增加的离子能量的结果增加的横向调制效应和，（ii）上述关系可以削弱与适当匹配的激光脉冲箔参数，这样可以产生高能量密集的离子束与高质量的光谱特征。
2020-02-26 physics.plasm-ph
Electromagnetic pulse reflection at self-generated plasma mirrors: laser pulse shaping and high order harmonic generation
当电磁脉冲与快速电离的薄箔相互作用时，会产生一层过密的等离子体。这一层将反射入射脉冲，形成所谓的等离子体镜。一个简单的现实模型的基础上配对的动力学和波动方程被用来描述解析的过程中的反射镜的形成和入射脉冲的反射和透射。该模型结合了电离过程中的箔和极化和传导电流，随后的准确描述。反射和透射脉冲的解析描述，以及它们的依赖于箔参数，和初始脉冲的振幅和形式。讨论了这种方法在提高激光脉冲对比度方面的应用和效果。在线性偏振入射脉冲的情况下，发生谐波产生，这在圆偏振的情况下是不存在的。研究了不同初始形状和振幅的反射脉冲的频谱。
2007-08-17 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
Enhancing proton acceleration by using composite targets
有效的激光离子加速需要高的激光强度，这只能通过紧密聚焦激光辐射来获得。在辐射压力加速制度中，其中紧密聚焦的激光驱动器导致出现最大可获得离子能量的基本极限，该极限对应于激光脉冲群速度以及与加速箔的横向膨胀和随后的箔透明度的发生有关的另一个极限。这些限制可以通过使用复合靶来放宽，复合靶由薄箔和接近临界密度的板组成。这样的目标提供引导的激光脉冲内的自生通道和背景电子，被雪犁的脉冲，补偿横向膨胀。与单个箔靶的情况相比，复合靶的使用导致最大离子能量的显著增加。
2015-06-28 physics.plasm-ph
"Light Sail" Acceleration Revisited
通过解析建模和粒子模拟研究了超强圆偏振激光脉冲辐射压力加速超薄箔靶的动力学。通过解决自诱导的透明度和电荷分离效应，它示出，对于“最佳”值的箔厚度只有一个薄层在后侧加速辐射压力。简单的“光帆”模型对每个核子的能量给出了很好的估计，但高估了激光能量转化为单能离子的效率。
2009-07-23 physics.plasm-ph
High-energy-density electron-positron pair plasma production and its dynamics in the relativistic transparency regime
采用粒子模拟方法研究了两束反向传播的激光脉冲作用下薄金属箔中高能量密度电子-正电子对等离子体的产生及其动力学过程。我们比较了相对论透明和不透明区域中量子电动力学过程中电子-正电子对和γ-光子的产生，发现目标透明度可以由于形成稳定的驻波（SW）而显着增强电子-正电子对的产生。当激光强度达到几个10 e ~（23）W/cm ~ 2时，为了提高电子-正电子对的产生，薄膜的最佳密度为200 - 280 n_c（n_c为激光临界密度）。在这样的箔密度下，激光能量转换成电子-正电子对比在710n_c的箔密度下高大约四倍，而激光能量转换成伽马光子保持几乎相同。因此，产生了最大强度高于10 e20 W/cm 2的高密度电子-正电子等离子体。进一步观察到的调制动力学产生的对等离子体时，目标箔变得透明。结果表明，由两束对向传播的激光直接形成的稳定慢波不仅能将产生的正负电子对捕获到它们的节点上，而且能周期性地调制被捕获粒子的平均能量、相空间和角分布。然而，由于缺乏稳定的SW场，类似的捕获和调制效应在不透明区域变得模糊。
2017-06-22 physics.plasm-ph
Accelerating Protons to Therapeutic Energies with Ultra-Intense Ultra-Clean and Ultra-Short Laser Pulses
本文讨论了强激光脉冲从用于强子治疗的超薄薄膜中加速质子的问题。随着在密歇根大学的Hercules激光器上实现的激光强度对比度提高到10-11，可以在高达1022 W/cm 2的强度下实现激光-固体相互作用，这允许从亚微米箔进行激光驱动离子加速的有效机制。定向库仑爆炸区超薄双层质子加速的PIC模拟不同厚度的（重离子/轻离子）箔在预期的实验条件下进行，用于Hercules激光器，脉冲能量从3到15 J，脉冲半高宽（FWHM）为30 fs，聚焦到0.8微米（FWHM）的光斑尺寸。在这种情况下，重离子主要在激光脉冲传播的方向上扩展，增强了加速轻离子的纵向电荷分离电场。已发现的最大质子能量的依赖性上的箔的厚度和激光脉冲特性已与目标的厚度相匹配，以确保最有效的加速。此外，质子光谱在高能量下显示出峰值结构，这是放射治疗所需的。2D PIC模拟表明，150-500 TW的激光脉冲能够将质子加速到100-220 MeV的能量。
2008-05-13 physics.med-ph physics.plasm-ph
Proton beam quality enhancement by spectral phase control of a PW-class laser system
我们报告的实验研究的质子加速固体箔照射PW级激光脉冲，其中最高的质子截止能量实现的时间脉冲参数，从一个理想的傅里叶变换限制（FTL）脉冲的显着变化。通过声光可编程色散滤波器控制驱动激光器的光谱相位调制，使我们能够操纵主脉冲周围最后皮秒的时间形状，并研究薄箔靶对质子加速的影响。结果表明，对短脉冲施加正的三阶色散有利于质子加速，对于薄塑料薄膜，在18 J激光能量下，靶法线方向的最大能量可达70 MeV，与理想压缩的FTL脉冲相比，显著提高了最大能量。本文进一步证明了这种增强效果对于使用不同的靶材料和厚度以及激光能量和时间强度对比度设置的鲁棒性和适用性。我们证明，应用程序相关的质子束质量可靠地实现了许多个月的操作与适当的控制光谱相位和时间对比度的条件下，使用最先进的高重复率PW激光系统。
2021-03-04 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Coherent Thomson backscattering from laser-driven relativistic ultra-thin electron layers
激光驱动的致密的相对论电子层的超薄箔和它们的使用相干汤姆逊背散射的产生进行了讨论，应用解析理论和一维粒子在细胞模拟。吹出制度的探索，其中所有箔电子从离子中分离的直接激光作用。电子跟随光波靠近其前沿。单电子解决方案适用于初始加速，相位切换，和第二阶段的升压。相干反射光显示多普勒频移光谱，啁啾超过几个倍频程。发现多普勒频移与γ_x^2=1/（1-β_x^2）成正比，其中β_x是电子层法线方向上的电子速度分量，也就是驱动激光脉冲的方向。由于横向电子动量p_y，4*γ_x^2=4*γ^2/（1+（p_y/mc）^2）~= 2*γ的多普勒频移明显小于4*γ^2的全频移。提出了使py-> 0和恢复全多普勒频移的方法，并通过1D-PIC仿真进行了验证。这些方法为设计强单阿秒脉冲开辟了新途径。
2008-12-03 physics.optics physics.plasm-ph
