Nonlinear absorption of ultrapower laser radiation by relativistic underdense plasma
本文在低频近似下研究了欠密等离子体中电子受激韧致辐射对相对论强度激光辐射的非线性吸收。研究了相对论麦克斯韦等离子体在激光场渐近大值和电子温度较高时的非线性逆韧致辐射吸收系数。
2013-05-02 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Bremsstrahlung emission and plasma characterization driven by moderately relativistic laser-plasma interactions
拍瓦级短激光脉冲与固体靶相互作用产生的相对论电子可以通过韧致辐射产生明亮的X射线。激光能量转移到这些电子中的效率取决于多个参数，包括聚焦强度和预等离子体水平。本文报道了拍瓦级高强度玻璃激光脉冲与固体靶相互作用的实验结果，其最大强度为$10^{19}$ W/cm $^2$。镜面反射光的原位测量被用来提供一个上限的激光吸收和表征聚焦激光强度，预等离子体水平和二次谐波光的产生机制。电子和韧致辐射的测量光谱提供了有关激光能量转移效率的信息。
2020-09-25 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
Classical molecular dynamic simulation to assess the non-Maxwellian behavior of inverse bremsstrahlung heating in weakly coupled plasmas
本研究采用LAMMPS开展经典分子动力学模拟，首次观测到弱耦合等离子体朗道效应下电子速度分布的瞬时形变及各向异性，发现其结果与传统福克-普朗克模拟存在差异，为激光等离子体多体相互作用研究提供新依据。
2024-10-07 physics.plasm-ph
Enhancing Bremsstrahlung Production From Ultraintense Laser-Solid Interactions With Front Surface Structures
我们报告的结果相结合的粒子在细胞和蒙特卡罗建模，调查产生的韧致辐射时产生的超强激光与塔结构的目标相互作用的研究。这些目标被发现显着缩小的电子角分布，以及产生显着更高的能量。这些特征相结合，以创建一个显着增强的方向性和能量的Bremstrahlung辐射所产生的高Z转换器的目标。这些研究采用短脉冲、高强度的激光脉冲，并且表明新颖的靶设计具有极大地提高产率和缩小高能电子和$γ$ -射线的方向性的潜力。我们发现这个源的峰值$γ$射线亮度在10 MeV为6.0 $\times$ 10 $^{19}$ ${\rm s^{-1}mm^{-2}mrad^{-2}}$，在100 MeV为1.4 $\times$ 10 $^{19}$ ${\rm s^{-1}mm^{-2}mrad^{-2}}$（0.1 $\%$带宽）。
2014-05-05 physics.plasm-ph
Nonlinear Breit-Wheeler pair creation with bremsstrahlung $γ$ rays
当高能光子穿过足够强度的电磁场时，通过Breit-Wheeler过程产生电子-正电子对。在这里，我们考虑一个可能的实验几何观察对创建的高度非线性制度，其中韧致辐射的超相对论电子束中的高- $Z$目标是用来产生$γ$射线碰撞与反向传播的激光脉冲。我们展示了如何选择目标厚度来优化Breit-Wheeler正电子的产率，并通过模拟材料和激光脉冲中的级联来验证我们的分析预测。所需的电子束能量和激光强度完全在当今高强度激光设施的能力范围内。
2018-02-19 hep-ph physics.plasm-ph
Quantum statistical model of nonlinear inverse bremsstrahlung absorption in strongly coupled plasmas
本文提出了一种计算激光在稠密等离子体中碰撞逆韧致辐射吸收的新方法。所使用的量子统计形式主义允许避免在经典方法中必需的{ \em ad hoc}截止。因此，目前的方法仍然可靠的强电子-离子相互作用。此外，这两个动态的，依赖于场的响应和硬电子-离子碰撞，始终纳入。后者以平均的方式被视为阻止力，而阻止力又被转换为摩擦力的形式。在这里，第一次阻止功率和碰撞激光吸收的问题之间的联系。这使得理论开发的阻止功率计算，如量子T矩阵的方法，被应用到碰撞激光吸收的问题。新的方法适应的低频和高频的限制，在文中解释，是有效的任意激光场强度。与经典的MD模拟的比较表明，新方法的有效性在宽的参数范围内测试。
2009-05-27 physics.plasm-ph
A bremsstrahlung gamma-ray source based on stable ionization injection of electrons into a laser wakefield accelerator
激光尾场加速可以产生毫米量级的超短、高亮度相对论电子束。虽然这些特征对于许多应用是感兴趣的，但是源仍然受到电子注入过程的差的稳定性的限制。在这里，我们提出的结果，在纯氮和氩的电子注入和加速。我们观察到稳定的，连续的电离诱导电子注入到尾场激光功率超过7 TW的阈值。光束电荷与激光能量近似线性地成比例，并且受到光束负载的限制。对于40 TW激光脉冲，我们测量到每次发射的最大电荷几乎为1 nC，主要来自能量小于10 MeV的电子。相对较低的能量、高电荷和稳定性使该光源非常适合无损检测等应用。因此，我们证明了生产的高能辐射通过韧致辐射转换在1赫兹的重复率。根据Geant 4蒙特卡罗模拟，我们测量的γ射线源的尺寸小于100微米的0.5毫米钽转换器放置在2毫米从加速器出口。此外，我们提出了图像质量指标的射线照片。
2016-01-19 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Resonant Spontaneous Bremsstrahlung Effect In The Scattering Of Ultrarelativistic Electrons On Nuclei In A Strong Laser Field
本文从理论上研究了在高达$I\sim {{10}^{24}}\ \text{Wc}{\text{m}^{\text{-2}}}$的强激光场中，能量为$\sim 100\ \text{GeV}$量级的超相对论电子被原子核散射时的共振自发韧致辐射过程。在共振条件下，波场中的中间电子进入质量壳层。结果表明，由精细结构常数引起的初始二级过程有效地简化为两个一级过程：激光激发的康普顿效应和激光辅助的Mott过程。详细研究了两个反应通道（A和B）的共振运动学。结果表明，在共振的情况下，有一个特征参数，决定了大量的吸收激光光子的激光激励康普顿效应。该参数由激光装置的参数、初始电子的能量确定，并且与激光波的强度成比例。得到了一个同时记录自发γ量子的频率和出射角的解析共振微分截面。结果表明，共振微分截面在平均激光场（$I\sim {{10}^{18}}\ \text{Wc}{\text{m}^{\text{-2}}}$）范围内具有最大值，可以达到单位为${{Z}^{2}}αr_{e}^{2}$的$\sim {{10}^{18}}$量级.随着激光波强度的增加，谐振微分截面的值减小，并且对于强度$I\sim {{10}^{24}}\ \text{Wc}{\text{m}^{\text{-2}}}$，其量级为单位为${{Z}^{2}}αr_{e}^{2}$的$\sim {{10}^{4}}$。所得结果揭示…
2021-08-20 hep-ph physics.plasm-ph
Super Guassian Distribution of Laser Produced Plasmas
逆韧致辐射，这推动了对超高斯分布之间的竞争，并通过自碰撞热化被认为是。在总结中，提供了基本公式，并绘制了Fokker-Planck模拟的一些数值结果。
2012-11-26 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
Highly efficient conversion of laser energy to hard X-rays in high intensity laser-solid simulations
我们目前的模拟预测显着更高的激光X射线效率比以前发现的高强度（1 E20 - 1 E22 W/cm 2）激光固体模拟。韧致辐射的持续时间为10-100 ps，这是很难与传统的粒子在细胞（PIC）代码建模。集体效应的重要性也被证明，显示在这些系统中的Monte Carlo模拟的局限性。一个新的，开源的混合PIC代码与韧致辐射例程已被开发，以模拟这种X射线生产的3D。特殊的边界条件被用来模拟复杂的电子的行为，其特征在于在2D全PIC模拟。在厚金靶中记录了峰值X射线效率，其中7.4%的激光能量转化为能量为1 MeV或更高的X射线。目标的大小所示出的转换效率和角分布的发射X射线中发挥作用，并提出了一个简单的分析模型来估计这些效率。
2021-07-04 physics.plasm-ph
Ion heating dynamics in solid buried layer targets irradiated by ultra-short intense laser pulses
利用粒子模拟方法研究了相对论强度的超短激光脉冲辐照固体埋层靶时体离子的加热。我们的研究集中在CD 2-Al-CD 2夹心靶几何结构上。我们发现增强氘核离子加热层压缩的扩展铝层。在Al-CD 2界面处产生的压力梯度将该层氘核离子推向靶的外部区域。在它通过靶的过程中，氘核离子不断地注入这一层。我们的模拟表明，该层的定向集体向外运动被转换成层内的热运动，导致氘温度高于在目标的其余部分中发现的。这种增强的加热已经可以在低至100飞秒的激光脉冲持续时间下观察到。因此，在当前的高功率激光系统中，可以以每分钟数十次激光发射的重复率进行详细的实验调查，这将允许探测和优化加热动态。
2013-07-19 physics.plasm-ph
Peta-Pascal Pressure Driven by Fast Isochoric Heating with Multi-Picosecond Intense Laser Pulse
快速等容激光加热是利用相对论强度（$>$ 10 $^{18}$ W/cm $^2$）激光脉冲或X射线自由电子激光脉冲对物质进行加热的方案。研究了利用快速等容激光加热产生超高能量密度（UHED）态。利用多皮秒kJ量级的拍瓦激光器，外加千特斯拉磁场引导快电子进入致密等离子体，实现了对内爆致密等离子体的快速等容加热，实验上用4.6 kJ的激光总能量获得了2.2 Peta-Pascal的UHED态，比传统内爆方案中使用的能量低一个数量级.二维粒子模拟结果表明，从激光等离子体相互作用区到稠密等离子体的扩散加热对UHED态的有效产生起着至关重要的作用。
2019-07-24 physics.plasm-ph
Electron heating in the laser and static electric and magnetic fields
电子与强线性偏振激光辐射和静电场和磁场的相互作用的二维板近似被广泛用于数值模拟和简化的半解析模型。结果表明，在这种情况下，电子动力学可以方便地描述在3/2维哈密顿方法的框架。由激光和静电磁场的协同效应引起的电子加速超过标准的有质动力标度，是由于随机电子运动的开始。
2018-01-31 physics.plasm-ph
On the control of electron heating for optimal laser radiation pressure ion acceleration
我们研究了强激光-固体相互作用中电子加热的发生及其对辐射压力加速离子在打孔和光帆两种情况下光谱质量的影响。二维和三维粒子在细胞（PIC）模拟进行了广泛的激光和目标参数，并揭示了如何脉冲持续时间，轮廓，偏振和目标表面的稳定性控制的电子加热，占主导地位的离子加速机制，和离子光谱。我们发现，强电子加热的发病与前表面的瑞利-泰勒不稳定性的增长，必须加以控制，以产生高质量的离子束，即使采用圆偏振激光。我们定义了一个阈值条件的最大持续时间的激光脉冲，允许缓解电子加热和辐射压力加速窄能量扩散离子束。该模型是通过三维PIC模拟验证，和几个实验研究，报告低能量扩散辐射压力加速离子束出现，以满足派生的标准。我们的工作提供的理解将是重要的，在指导未来的实验发展，例如超短激光脉冲成为可用在国家的最先进的激光设施，我们预测，质子束与~150 - 250 MeV，~30%的能量扩展，和总的激光到质子的转换效率为~20%可以产生。
2022-10-29 physics.plasm-ph
Simple scaling equations for electron spectra, currents and bulk heating in ultra-intense short-pulse laser-solid interaction
超强激光与固体密度靶相互作用可以产生强的高能电子流。特别是对于超短激光脉冲，由于瞬时电流可能与平均值显著不同，因此对于许多非线性过程，需要考虑其时间演化。因此，需要一个动态模型，包括电子电流的时间变化，该电子电流超出了具有两倍激光频率的简单聚束，但在其他情况下需要恒定电流。在这里，我们提出了一个新的时间依赖性模型来描述激光产生的电流，并获得简单的表达式的时间演变和平均值的修正。为了验证该模型及其预测能力，我们展示了时间演化、光谱分布和空间调制对块状靶材料欧姆加热的影响。
2018-07-02 physics.plasm-ph
Stochastic electron heating in the laser and quasi-static electric and magnetic fields
在3/2维哈密顿框架下研究了强激光辐射和准静态电磁场中相对论电子的动力学行为。结果表明，相对论电子在这些电场中的无扰振荡可以表现出一个长的谐波尾部，这使得随机电子运动的开始是电子加热的主要候选者。导出了描述电子在激光场和电场中运动的庞加莱映射，并由此得到了不稳定性判据。结果表明，对于横向和纵向电场，随机电子能量都存在上限，这取决于激光强度和电场强度。具体地，这些最大随机能量被强激光强度但弱电场增强。在这两种情况下，超光速相速度都会减少这种随机加热。在这两种情况下，磁场对电子动力学的影响是不同的，并定性地讨论。通过直接求解3/2维哈密顿方程的数值模拟，验证了上述分析结果。
2018-11-14 physics.plasm-ph
Effect of electron heating on self-induced transparency in relativistic intensity laser-plasma interaction
相对论强激光脉冲与超临界等离子体相互作用的临界密度的有效增加，被称为自诱导透明，被重新审视的情况下的圆偏振。一个相对论冷流体模型的透明度阈值的预测粒子在细胞模拟的比较表明，动力学效应，如电子加热，可以导致显着增加的有效临界密度相比，冷流体理论。这些结果被解释的单电子相空间中对应的冷流体模型预测的固定字段中的动态的separatrices的研究。结果表明，由于电子加热超过一定的有限阈值扰动可以迫使电子逃逸到真空中，导致激光脉冲的传播。通过其对电子加热的影响，透明度阈值的修改与时间脉冲轮廓相关联。
2012-11-15 physics.plasm-ph
A method to achieve rapid localised deep heating in a laser irradiated solid density target
通过激光产生的快电子快速加热小的掩埋区域对于诸如XUV辐射源或作为冲击实验的驱动器的应用可能是有用的。在非结构化目标的加热轮廓具有一个全球最大值附近的前表面。本文提出了一种新的靶设计，它利用电阻导引将快电子流密度集中在靶内有限的深度。几何形状的选择使用非成像光学原理。在靶内50μm处达到了全局最大温度。虽然理论计算表明，小尺寸的源应该比大尺寸的源表现得更好，但模拟表明，在高强度下的大角度扩展会导致快速电子在两侧的显著损失。系统参数扫描表明最佳激光强度。最大离子温度和前表面的离子温度之间的比值为1.6。
2016-01-29 physics.plasm-ph
Uniform heating of materials into the warm dense matter regime with laser-driven quasi-monoenergetic ion beams
在最近的实验中的三叉戟激光设施，激光驱动的准单能铝离子束被用来加热固体金和金刚石箔等容分别为5.5 eV和1.7 eV。这里的理论计算表明，这些激光驱动的离子束均匀加热的黄金和金刚石。根据计算结果和SEMPERT状态方程表，在三叉戟上可实现的激光驱动铝离子束，具有有限的能量扩展（Δ E）/E ~ 20%，预计比具有零能量扩展的140 MeV铝离子束更均匀地加热靶。相对于入射离子能谱的变化的预期的加热均匀性的鲁棒性进行评估，并提出了预期的等离子体温度与当前的实验平台可实现的各种目标材料。
2015-10-03 physics.plasm-ph
Evidence of non collisional femtosecond laser electron heating in dielectric materials
研究了800 nm飞秒强激光脉冲作用下大带隙介质晶体中的电子动力学。在烧蚀阈值（几个10 TW/cm \textsuperscript{2}）以下的激光强度下，通过使用光电子能谱观察到具有超过40-50 eV的意外能量的电子。玻尔兹曼动力学方程的基础上，包括国家的最先进的各种粒子相互作用的建模的理论方法来解释这些实验观察。一个直接的比较表明，电子加热的散装和进一步的激光场加速后，从材料中喷出的最终电子能量增益的贡献相等。在散装的电子加热被证明是显着驱动的非碰撞过程中，即直接的导带的子带之间的多光子跃迁。这项工作也揭示了标准的电子激发/弛豫碰撞过程的贡献，提供了一个新的基线，以研究电介质材料中的电子动力学和相关的应用，激光材料结构。
2019-07-08 physics.plasm-ph
Heating in Multi-Layer Targets at ultra-high Intensity Laser Irradiation and the Impact of Density Oscillation
本研究通过计算模拟发现多层靶在超高强度激光下可实现更均匀的加热，并识别出压力振荡的不利影响，提出解析模型以优化加热和均匀性，并可从振荡周期推断等离子体温度。
2022-12-01 physics.plasm-ph
Laser-ion acceleration via anomalous electron heating
利用千焦级激光器，我们首次证明了高对比度皮秒脉冲对离子加速是有利的。我们表明，激光脉冲的最佳持续时间和一个大的焦点加速电子超过有质动力能量。这种反常的电子加热使离子能够有效加速，达到52 MeV，强度为1.2 × 10^19 Wcm^-2。观测到的质子能量与考虑反常加热效应的一维等离子体膨胀模型定量吻合。加热过程证实了用电子光谱仪和一维粒子模拟的测量。通过将脉冲持续时间延长到6 ps，在强度为10^18 Wcm^-2的情况下，质子的能量转换效率达到5%（1 kJ激光能量中的50 J）。这些结果对于实现离子驱动快速点火和新型离子束线具有重要意义。
2016-08-05 physics.plasm-ph
Ion heating in Laser interacting with magnetized plasma
本文利用PIC模拟研究强磁场等离子体中激光驱动的离子加热，揭示X与RL模式下分别由低混杂共振和离子回旋共振主导，并发现最佳吸收发生在共振频率附近而非精确共振处。
2023-02-24 physics.plasm-ph
Enhanced plasma heating via interaction with high-contrast laser and cone-shaped target
本研究结合高对比度强激光与附锥靶，通过电子谱、X 射线诊断及 PrismSPECT 模拟，证明锥结构聚焦激光并显著提升能量耦合与等离子体加热效率。
2025-06-08 physics.plasm-ph
Electron penetration heating in turbulent magnetic loops driven by nonrelativistic laser-plasma interaction
Stanford University（斯坦福大学）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）
研究非相对论激光脉冲在亚临界等离子体中传播的粒子-细胞模拟，发现湍流磁环中电子穿透加热机制，为理解非相对论激光脉冲照射下亚临界等离子体中的超重力电子加热提供新视角。
2026-06-27 astro-ph.HE 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
Anisotropic heating and magnetic field generation due to Raman scattering in laser-plasma interactions
我们确定了一种机制，磁场产生的强烈电磁波和欠密等离子体的相互作用。我们表明，拉曼散射等离子体波陷阱和加热的电子优先在其传播方向，导致温度各向异性。在激光脉冲的轨迹中，我们观察到磁场的增长，由于温度各向异性，符合韦伯机制。我们讨论了初始电子温度在我们的结果中的作用。多维粒子模拟证实了预测。我们展示了这种配置是如何研究韦伯不稳定性的长期演变的实验平台。
2021-04-14 physics.plasm-ph
Enhanced laser-driven proton acceleration via improved fast electron heating in a controlled pre-plasma
超强激光脉冲与固体的相互作用在很大程度上受到真空-固体界面处的等离子体梯度的影响，该等离子体梯度改变了吸收并最终控制了加热电子的能量分布函数。一个微米尺度长度的等离子体已被预测产生一个显着的增强的能量和重量的快速电子人口和发挥主要作用，在激光驱动的质子加速与薄箔。本文报道了最近在超相对论强度下激光与箔靶相互作用加速质子的实验结果。我们发现，当用低能量飞秒预脉冲辐照引入微米尺度长度的预等离子体时，质子截止能量增加了三倍。我们的现实的数值模拟同意所观察到的质子截止能量的增益，并确认随机加热的快速电子的加速鞘场的增强的作用。
2021-06-01 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
Extending the Nanbu Collision Algorithm to Non-Spitzer Systems and Application to Laser Heating and Damage
我们推广了Nanbu碰撞算法，以适应任意的碰撞率，使非斯皮策系统中的短程粒子相互作用的精确动力学建模。通过这种扩展，我们探索了不同碰撞模型对超强激光如何首先开始加热目标的模拟的影响。碰撞对等离子体演化的影响对于处理粒子慢化、能量输运和热化是至关重要的。广泛使用的Nanbu碰撞算法提供了一种快速且计算有效的方法，以在动力学模拟中包括带电粒子之间的碰撞效应，而不需要粒子已经处于局部热平衡。然而，它是“硬连线”使用斯皮策碰撞率适合于热，相对稀等离子体。这一限制使得Nanbu碰撞算法不能准确描述冷靶的初始加热，而这是研究激光损伤或热致密物质态产生的关键问题。我们描述了我们的方法修改南部碰撞算法，并证明了铜目标的精度提高。
2016-09-22 physics.plasm-ph
Particle-in-cell simulations of laser-plasma interactions at solid densities and relativistic intensities: the role of atomic processes
强激光与固体相互作用的直接研究仍然是一个巨大的挑战，因为许多耦合的物理机制，如直接激光加热，电离动力学，带电粒子之间的碰撞，静电或电磁不稳定性，仅举几例。在这里，我们提出了一个完整的粒子模拟（PIC）框架，这使我们能够计算激光固体相互作用的“第一性原理”的方式，几乎涵盖了“所有”的耦合物理机制。除了上述机制，数值自加热的PIC模拟，这通常出现在固体密度等离子体，也很好地控制所提出的“分层密度”方法。这种方法可以很容易地实现到国家的最先进的PIC码。特别是，在相对论强激光-固体相互作用中，在大尺度预形成等离子体的存在下，电子加热/加速的重新研究的PIC代码。结果表明，碰撞阻尼（即使它是非常弱的）可以显着影响电子加热/加速在前面的目标。此外，当固体被剧烈加热和电离时，韧致辐射将增强$2\sim3$倍。对于所考虑的情况下，其中激光强度为$10^{20}\ \text{W}/\text{cm}^2$和预等离子体在固体靶的前面的尺度长度为$10\ μ\text{m}$，碰撞阻尼耦合电离动力学和韧致辐射被示出降低“截止”电子能量由$25\%$。此外，欧姆加热产生的电阻性电磁场也起着不可忽略的作用，必须考虑到真实的激光-固体相互作用。
2017-03-15 physics.plasm-ph
Nonlinear Electron Heat Conduction Equation and Self similar method for 1-D Thermal Waves in Laser Heating of Solid Density DT Fuel
电子热传导是激光加热可熔靶材的能量传输方式之一。惯性约束聚变（ICF）的目的是要证明热导率对温度的强烈依赖性，电子热传导方程是一个非线性方程。本文采用自相似方法求解一维非线性电子热传导方程。利用该解研究了强激光脉冲轰击氘氚固体靶时氘氚平面源产生的一维热波的传播。它对应于激光脉冲能量在有限初始厚度内释放的材料边界层快速加热的物理问题。
2011-11-23 math-ph math.MP physics.plasm-ph
Volumetric heating of nanowire arrays to keV temperatures using kilojoule-scale petawatt laser interactions
我们提出了皮秒分辨率条纹K壳光谱从400 nm直径的镍纳米线阵列，展示了产生大量的高能量密度等离子体的能力，当结合典型的最大的短脉冲激光器的较长脉冲。在用100 J，600 fs的超高对比度激光脉冲聚焦到$>10^{20}$ W/cm $^{2}$在猎户座激光设施照射线阵列后，我们结合原子动力学模型的条纹光谱与二维碰撞粒子在细胞模拟来描述这些样品内的材料条件的演变为第一次。我们观察到一个三倍的增强类氦发射相比，在近固体密度的等离子体维持千电子伏的温度为几十皮秒，强大的电返回电流加热的电线，并导致它们爆炸和碰撞的结果，一个平面箔。
2020-07-20 physics.plasm-ph
Optimizing laser coupling, matter heating, and particle acceleration from solids using multiplexed ultraintense lasers
本文研究多束超强激光与固体靶的耦合优化，实验和模拟表明类镜面重叠照射可增强热电子产生与离子加速，磁场重联和电阻性磁场准直是关键机制，且更多光束重叠可进一步增强效果。
2024-02-23 physics.plasm-ph
Integrated simulation of magnetic-field-assist fast ignition laser fusion
为了提高快点火激光聚变堆芯的加热效率，通过对FIREX类靶的综合模拟，对相对论电子束外磁场导引的概念进行了评估。对于锥壳靶，由于内爆形成的磁镜使靶芯变形，大部分快电子被反射，因此施加磁场会降低靶芯的加热性能。另一方面，在附加锥形实心球靶的情况下，内爆在千特斯拉级磁场作用下更稳定。此外，通过内爆形成了可行的磁场位形。结果表明，磁导向可使磁芯加热效率提高一倍。研究了实心球靶的堆芯加热特性与加热脉冲发射定时的关系。
2016-08-19 physics.plasm-ph
Two-Dimensional Computation of Pulsed Magnetic Field Diffusion Dynamics in Gold Cone with Consideration of Inductive Heating and Temperature Dependence of Electrical Conductivity
针对千特斯拉级外磁场辅助激光驱动REB加热稠密等离子体的需求，开发考虑感应加热和电导率温度依赖性的2D-EMD程序，模拟附金锥靶中脉冲磁场的时空二维扩散过程。
2018-04-27 physics.plasm-ph
Electron dynamics in laser and quasi-static transverse electric and longitudinal magnetic fields
通过导出强激光辐射和准静态横向电场和纵向磁场中电子的3/2维哈密顿方程，研究了静态场中电子频率与激光频率的低次谐波共振和高次谐波共振时电子的随机加热机制。对于这两种情况下，最大电子动能，远远超出有质动力标度，只依赖于一个小参数相结合的激光振幅，静电场强度和保守的退相速率。
2019-04-11 physics.plasm-ph
Temporal Feedback Control of High-Intensity Laser Pulses to Optimize Ultrafast Heating of Atomic Clusters
我们描述了如何在有限的重复频率（5 Hz）的主动反馈例程可以应用于优化高功率$>10$ TW）激光与团簇气体的相互作用。使用遗传算法优化氩团簇射流的X射线产生，通过对150 mJ驱动激光脉冲的时间修改，使测量能量大约增加了一倍。这种方法通过探索多维参数空间实现了增加的辐射产额，而不需要复杂的簇动力学的详细先验知识。优化的激光脉冲表现出一个缓慢的上升沿的强度分布，这增强了激光能量耦合到集群介质中，相比，最佳压缩的半高宽脉冲（40 fs）。我们的工作表明，这种技术可以更广泛地用于控制拍瓦级激光系统的强脉冲二次辐射。
2018-06-21 physics.plasm-ph
Scaling of thin wire cylindrical compression after 100 fs Joule surface heating with material, diameter and laser energy
本研究首次实验验证了飞秒激光辐照微米导线的回流驱动内爆标度，结合XFEL成像与模拟揭示了回流密度对直径、材料和激光能量的依赖及理论偏差，完善了高能量密度物理的标度律。
2025-07-16 physics.plasm-ph
Experimental Tests of Radio-Frequency Heating Saturation in Ultracold Neutral Plasmas
Colorado State University（科罗拉多州立大学）
通过测量不同幅度和持续时间的射频脉冲对电子加热的影响，实验测试了超冷中性等离子体中射频加热的饱和现象，发现当振荡速度接近热速度时未观察到饱和，并比较了线性响应理论和二元碰撞理论。
2026-06-01 physics.plasm-ph
Uniform volume heating of mixed fuels within the ICF paradigm
本文提出在混合燃料（含pBDT）聚变反应堆中嵌入结构化泡沫与超短激光脉冲相互作用，实现均匀高功率体积加热，有望简化反应堆设计并实现高增益。
2023-09-03 physics.plasm-ph
Magnetized Fast Isochoric Laser Heating for Efficient Creation of Ultra-High-Energy-Density States
对惯性约束聚变（ICF）点火的追求是一个巨大的挑战，特别是大型激光设施。利用高强度短脉冲激光对预压缩等离子体核心进行快速等容加热是一种有吸引力的替代方法，可以产生像ICF点火火花那样的超高能量密度状态。这避免了由热火花与周围冷燃料混合引起的点火淬熄，这是当前追求的点火方案的关键问题。高强度激光器有效地产生相对论电子束（REB）。一部分REB动能沉积在堆芯中，然后被加热的区域变成热火花触发点火。然而，只有一小部分REB与核心碰撞，因为它的大发散。在这里，我们已经证明了增强的激光与核心的能量耦合与磁化快速等容加热。该方法采用从REB产生点到芯施加到传输区域的千特斯拉级磁场，这导致沿着磁场线将REB引导到芯。7.7即使使用相对小的径向面积密度芯（$\pm$ $\sim$ 0.1 g/cm $^2$），也实现了最大耦合的1.3%。通过使用Cu- $K_α$成像技术，在预压缩的核心中清楚地可视化引导的REB运输。一个简化的模型加上全面的诊断产生6.2%的耦合，同意相当与实测耦合。该模型还揭示了一个点火规模的面密度核心（$ρR$ $\sim$ 0.4 g/cm $^2$）导致更高的激光-核心耦合（$>$ 15%），这是远远高于目前的方案所实现的。
2017-12-16 physics.plasm-ph
Electron heating in bulk overdense plasma aided by time dependent external magnetic field
本文利用时变外部磁场在过密等离子体中实现激光传播与电子回旋共振，并通过PIC模拟系统研究了不同磁场剖面、激光强度和偏振下的电子加热增益。
2025-07-03 physics.plasm-ph
Maximizing MeV x-ray dose in relativistic laser-solid interactions
在激光与固体相互作用中产生的韧致辐射X射线可以用作高能量密度科学的光源。我们目前的电子和X射线光谱从粒子在细胞和蒙特卡罗模拟，不同的激光脉冲强度和持续时间在固定的能量为200 $\,$ J. Superponderomotive电子温度观察在低强度，一个新的温度缩放，取决于脉冲持续时间和密度尺度长度。短的高强度脉冲在自生磁场演化之前产生低发散电子束，从而产生更向前的MeV x射线。
2022-02-10 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Probing ultrafast heating and ionization dynamics in solid density plasmas with time-resolved resonant X-ray absorption and emission
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿罗森多夫亥姆霍兹中心）；European XFEL（欧洲X射线自由电子激光设施）；Technische Universität Bergakademie Freiberg（弗莱贝格矿业科技大学）；Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学）；Center for X-ray and Nano Science CXNS, Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步辐射中心X射线与纳米科学中心）；Universität Siegen（锡根大学）；The Extreme Light Infrastructure ERIC, ELI Beamlines Facility（极端光基础设施欧洲研究联盟，ELI光束线设施）；National Institute for Fusion Sciences（国立融合科学研究所）
本文通过时间分辨共振X射线发射和吸收成像技术，研究高强激光与细丝靶相互作用中的超快加热和电离过程，结合原子碰撞辐射模型等模拟揭示等离子体参数的极端敏感性。
2026-04-01 physics.plasm-ph
Investigation of the effects of customized electrodes on capacitively coupled radio frequency microplasma jets using emission spectroscopy and laser diagnostics
这项工作的目的是调查定制电极的COST喷气电子加热动力学的影响。COST-Jet在13.56 MHz的正弦交流电压下工作。借助相位分辨光发射光谱（PROES），研究了在等离子体放电过程中，电极、混合气体和外加电压幅值对电子加热动力学的影响。然后使用双光子激光诱导荧光光谱（TALIF）检查原子氧的绝对密度，以获得关于取决于不同电极材料和结构的反应性颗粒的产生的信息。
2021-03-28 physics.plasm-ph
Enhanced plasma ion heating by lasers in inhomogeneous external magnetic field
本研究通过设计非均匀外磁场，使激光电磁波在等离子体内部特定位置发生低混杂共振，从而显著增强对离子的直接加热，并利用PIC模拟验证了该方法的有效性。
2024-04-19 physics.plasm-ph
Nonlinear absorption of high-intensity shortwave radiation in plasma within relativistic quantum theory
从等离子体中密度矩阵在电子与离子受激韧致辐射作用下的量子动力学方程出发，在相对论量子理论的基础上，得到了等离子体中强短波辐射的非线性吸收率。经典麦克斯韦和简并量子等离子体被认为是高强度的X射线激光。阐述了强激光辐射的非线性吸收率与偏振态的不同依赖关系。
2015-07-13 physics.plasm-ph
Theory for heating of metals assisted by Surface Plasmon Polaritons
我们提出了一个模型占等离子体激元内的两个温度的描述，调查的作用，表面等离子体激元极化激元（SPP）在激光激发的电子和晶格之间的能量重新分配，导致表面重组的材料。这种能量转移可以导致在超短激光脉冲照射下在金属中产生激光诱导的表面结构。应用微扰论方法，从金属中自由电子的能量、动量和密度守恒方程出发，建立了双温模型+等离子体激元（TTM+P）方程。我们考虑三个子系统：晶格，热化电子和SPP，受到外部激光场照射。激光场和SPP场之间的干涉导致电子系统的空间调制能量吸收，并且通过电子-声子碰撞，周期性地形成晶格温度。对金的一维模型进行了数值分析。我们显示的晶格温度，这可能有助于激光诱导的周期性表面结构（LIPSS）的周期性调制的出现。
2021-05-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Efficient electron heating by laser in finite sized plasma micro-globular targets by repeated collisions of surface and bulk waves
本文通过二维PIC模拟揭示有限尺寸等离子体微球靶中表面波与体波反复碰撞导致的激光能量高效吸收机制，并指出靶尺寸控制吸收效率与能量增强时刻。
2025-02-15 physics.plasm-ph
Superintense Laser-driven Photon Activation Analysis
激光驱动的辐射源在几种材料科学应用中正引起越来越多的关注。虽然激光驱动的离子，电子和中子已经被认为是进行材料的元素表征，利用高能光子的可能性仍然没有探索。事实上，由超强激光脉冲与近临界材料的相互作用产生的电子可以在射入高Z转换器时通过韧致辐射发射转变为高能光子。这些光子可以被有效地利用来执行光子活化分析（PAA）。在目前的工作中，进行激光驱动PAA的可能性提出和研究。通过理论和数值方法，我们确定了最佳的近临界材料和转换器参数的激光驱动PAA在很宽的激光强度范围。最后，利用Monte Carlo和Particle-In-Cell工具，我们模拟了使用传统加速器和激光驱动源进行的PAA实验。
2021-04-15 physics.optics physics.plasm-ph
High quality electron bunch generation with CO2-laser plasma accelerator
用粒子模拟方法研究了CO2激光驱动的低密度等离子体电子加速。长波长强CO_2激光脉冲激发尾波场。它后面的气泡有一个广阔的空间，可以在达到电荷饱和极限之前维持大量的电子。采用横向传播的注入脉冲来诱导和控制环境电子注入。得到了总电荷量达10 nC，每能区平均电荷量大于0.6 nC/MeV的加速电子聚束。强流CO2激光驱动的等离子体电子加速技术为产生高电荷、低能散的电子束团提供了一种新的途径，具有广阔的应用前景，特别是在台式自由电子激光和韧致辐射产生X射线方面。
2014-03-25 physics.plasm-ph
