Accelerated Ions from a Laser Driven Z-pinch
由于以光速移动的激光脉冲和缓慢移动的大质量离子之间的速度失配，离子的强激光加速本质上是困难的。目前的方法不是直接加速离子，而是依赖于TV/m激光场来激发和驱逐电子。然后离子被电荷分离产生的静电场加速。在这里，我们报告的实验和数值加速离子的激光驱动Z箍缩退出尖锐的等离子体界面。这是通过首先驱动等离子体尾场在自调制气泡制度。产生冷返回电流以保持等离子体的准中性。相反方向的电流相互排斥，形成轴向快电流和圆柱壳冷回流，两者之间有一个大的（100 MG）方位磁场。这些条件产生Z箍缩，其压缩轴上的快速电子和离子。如果这个过程在尖锐的等离子体界面处终止，则随着Z箍缩的崩溃，离子束在向前的方向上被加速。这些结果提供了一个新的途径，激光加速离子以及潜在的实验室规模的模拟z箍缩的天体物理事件。
2015-07-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Effect of a femtosecond-scale temporal structure of a laser driver on generation of betatron radiation by wakefield accelerated electrons
通过利用在相同能量下具有较短持续时间的激光驱动器，可以增加由激光尾场加速电子产生的电子感应加速器辐射的亮度。这种缩短是可能的脉冲压缩后，其非线性自相位调制在薄板。然而，这种方法可能导致相当复杂的飞秒尺度的脉冲时间结构。在这项工作中，数值模拟的结果表明，存在一个基座或预脉冲包含几个或更多的主脉冲能量可以抑制加速过程，并导致较低的能量的加速电子和产生的光子。同时，在主脉冲之后的最佳距离处存在相对长且强的后脉冲可以增强加速电子的振荡并增加电子感应加速器辐射的亮度。
2022-07-08 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Efficient injection of radiation-pressure-accelerated sub-relativistic protons into laser wakefield acceleration based on 10 PW lasers
我们提出了一种混合激光驱动的离子加速方案，使用固体箔和密度定制的背景等离子体的组合目标。在第一阶段，强激光与固体薄膜相互作用中的辐射压加速可产生亚相对论质子束。在第二阶段，该次相对论质子束被进一步加速的激光尾流场驱动的相同的激光脉冲在近临界密度的背景等离子体密度下降的轮廓。在第二阶段开始时，激光波前的传播速度和激发尾场波的相速度被有效地降低。通过沿激光传播方向从临界密度附近逐渐降低背景等离子体密度，尾流在加速质子的同时行进得越来越快。因此，质子和尾流之间的退相被推迟，并且实现有效的尾流场质子加速。这种混合激光驱动质子加速方案可以通过使用峰值功率为10 PW的超短激光脉冲产生多GeV质子束来实现。
2018-06-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Injection dynamics of direct-laser accelerated electrons in a relativistic transparency regime
采用三维粒子模拟和理论分析相结合的方法，研究了激光直接加速（DLA）过程中电子注入的动力学过程。结果表明，当超强激光脉冲入射到近临界密度或相对论透明等离子体中时，纵向电荷分离电场激发出离子波。离子波调制了局部电场，并作为一组势阱将位于等离子体通道边缘的电子引导到中心区域，随后在中心区域发生DLA，同时指出自生方位磁场通过使电子偏离激光场区域而抑制了电子的注入过程.了解这些物理过程为进一步优化直接激光加速电子束和相关X/γ射线源的特性铺平了道路。
2017-11-27 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Gravitational waves generated by laser accelerated relativistic ions
研究了激光加速相对论离子产生引力波的情况。考虑了激光等离子体加速的活塞模型和光帆模型，导出了时空度规扰动的解析表达式。对于这两种模型，讨论了引力波振幅与激光和等离子体参数以及引力波谱和角分布的关系
2016-09-27 gr-qc physics.plasm-ph
Theoretical benchmarking of laser-accelerated ion fluxes by 2D-PIC simulations
目前，在文献中存在许多用于基于激光的离子加速的不同方案。其中一些方案也部分重叠，使得在某些参数制度中难以明确区分方案。在这里，我们提供了一个系统的数值比较以下方案和他们的分析模型：光帆加速度，库仑爆炸，钻孔加速度，和目标正常鞘加速度（TNSA）。我们研究了现实的激光参数和各种不同的目标设计，每个设计分别针对其中一种加速方案进行了优化。作为比较方案的一种手段，我们计算在不同的激光功率下产生的离子电流密度，使用二维粒子在细胞（PIC）模拟，并基准的特定的分析模型，为相应的计划对数值结果。最后，我们讨论了通过研究激光离子加速计划获得高通量的后果。
2016-07-04 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Fusion reactions initiated by laser-accelerated particle beams in a laser-produced plasma
高强度脉冲激光技术的出现使得物质在远离热平衡的条件下产生极端状态成为可能。这反过来又可以使不同的方法从核聚变中产生能量。放宽平衡要求可以扩大聚变燃料中使用的同位素范围，允许更清洁和更少危险的反应，不产生高能中子。在这里，我们提出并实现了一种手段来驱动质子和硼-11核之间的聚变反应，通过碰撞激光加速质子束与激光产生的硼等离子体。我们报告的质子硼反应速率的数量级高于以前报道的。除了聚变，我们的方法还展示了一种探索低能核反应的新方法，例如在天体物理等离子体和相关环境中发生的反应。
2013-10-08 nucl-ex physics.acc-ph physics.optics
First observation of shock waves induced by laser-accelerated proton beams
本研究首次观测到激光加速质子束可诱导冲击波，发现质子束流强与冲击波直接相关，为激光驱动质子高流强表征提供新方法，拓展其在物质极端状态研究中的应用。
2025-02-22 physics.plasm-ph
Control of transverse motion and X-ray emission of electrons accelerated in laser-driven wakefields by tuning laser spatial chirp
提出了一种通过调节激光空间啁啾来控制电子束在激光驱动尾流场中的横向运动和X射线发射的方法。横向啁啾激光脉冲的色散和等离子体通道的横向非均匀折射率导致横向激光质心振荡，从而导致激光驱动尾流的周期性横向振荡。在尾流内部加速的电子也会经历横向振荡，产生类似摇摆器的运动。振荡周期和振幅都可以通过调节激光啁啾、脉冲宽度或等离子体通道宽度来控制。因此，可以灵活地操纵X射线发射的远场光谱分布。
2019-08-26 physics.optics physics.plasm-ph
Laser Accelerated Ions from a Shock Compressed Gas Foil
我们提出了高能激光离子加速从一个定制的，近固体密度的气体目标的结果。在超强激光脉冲到达靶板之前，碰撞流体动力冲击将纯氢气射流压缩成70 μm厚的靶板。密度扫描揭示了从以广角低能束为特征的区域到具有高能晕的更聚焦的束的过渡。在后一种情况下，三维模拟显示了由激光尾场加速电子产生的轴向电流驱动的Z箍缩的形成。当箍缩消散时，靶后部的离子被加速电子的空间电荷场和库仑排斥的组合加速。
2016-03-14 physics.plasm-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
Design of an Active Thomson Parabola for the detection of ions accelerated by laser: Numerical simulations and characterization of different solutions
本研究研发了用于测量激光-等离子体相互作用产生的多MeV离子能谱的主动式Thomson Parabola离子谱仪，通过GEANT4光学模拟设计基于闪烁体探测器的高计数率谱仪，并分析不同配置的性能。
2025-07-11 physics.acc-ph physics.ins-det physics.plasm-ph
Study of space charge force for a laser-accelerated proton beam
激光加速器可以输出具有独特品质的质子束，例如µm尺寸、ps脉冲长度和高峰值电流。强流粒子束的空间电荷力效应较强，对面向应用的束流传输提出了挑战。通过二维PIC模拟研究了激光加速后与质子速度接近的电子的影响。采用椭球模型估算空间电荷力的影响，比较不同电荷分布的差异。结果表明每束团质子数超过1010后空间电荷力显著影响质子束传输，甚至严重破坏束流品质。空间电荷力的影响在20 ps后显著减弱，离开靶约1.2 mm。
2022-12-05 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Performance of solenoids vs. quadrupoles in focusing and energy selection of laser accelerated protons
将激光加速质子或离子用于各种应用-例如在粒子治疗或短脉冲射线照相诊断中-需要有效的聚焦和能量选择方法。我们推导出一个分析缩放螺线管的性能相比，作为能量的函数，这是证实了TRACEWIN模拟的双峰/三重峰。缩放表明，在几兆电子伏以上的螺线管需要脉冲或超导，而四极可以保持传统。发现三重态的透射率仅比等效螺线管的透射率低25%。这两种系统同样适合于基于它们的色度效应的能量选择，如使用遵循Yan等人的RPA模拟模型的初始分布所示的\cite{yan2009}。
2013-01-29 physics.acc-ph physics.med-ph physics.plasm-ph
Laser-plasma accelerated protons: energy increase in gas-mixtures using high mass number atomic species
利用二维粒子模拟方法研究了在激光等离子体加速过程中，利用高质量数原子的混合气体来提高质子能量的问题。比较和讨论的情况下，一个纯的氢等离子体，和等离子体含有较高的质量数物种与一个小的百分比的氢，我们证明了混合物增强加速质子的能量。我们还表明，使用气体混合物引入了使用密度比来改变物种的相对加速度的可能性。
2019-06-22 physics.plasm-ph
Imaging with GeV muons produced via laser-wakefield-accelerated electrons
Extreme Light Infrastructure - Nuclear Physics（极轻基础设施-核物理）；Faculty of Physics, University of Bucharest（布加勒斯特大学物理学院）
本研究利用激光尾场加速电子产生的GeVμ子束，通过μ子成像探测器在长达42米的实验装置中测量束流轮廓并成像，结合蒙特卡洛模拟验证，首次实现了人工激光驱动μ子束主导的成像。
2026-09-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Extreme matter compression caused by radiation cooling effect in gigabar shock wave driven by laser-accelerated fast electrons
用激光加速的快电子加热固体是实验室实验中产生几百甚至上千毫巴压力的平面强冲击波的独特方法。在如此强大的冲击波的前面，稠密的等离子体被加热到几keV的温度。然后，即使在低$Z$等离子体中也会发生高速率的辐射能量损失。在计算和理论研究中发现，在快电子驱动的吉巴冲击波中，由于辐射冷却，物质会受到强烈的压缩。结果表明，辐射冷却的作用使激波边缘区物质的密度比激波前沿的密度大几倍。通过激光加速的快电子的petawatt通量加热固体，可以超过平面冲击波的千兆巴压力水平，这是激光加速弹丸撞击的最高水平。在实验室条件下，只有当球形靶在太瓦激光脉冲作用下内爆时，才能达到约100 Gbar的更高压力。
2021-02-15 physics.plasm-ph
Demonstration of a compact plasma accelerator powered by laser-accelerated electron beams
等离子体尾场加速器能够维持千兆伏/厘米的加速场，超过最先进的加速器模块中的电击穿阈值3-4个数量级。束流驱动尾流场为高质量束流的产生和加速提供了特别有吸引力的条件。然而，该方案依赖于更大规模的加速器。在这里，我们报告的演示毫米级等离子体加速器由激光加速电子束供电。我们展示了电子束加速到130兆电子伏，与模拟显示加速梯度超过100 GV/m。这种小型化的加速器进一步探讨通过采用一对受控的驱动和见证电子束，其中一小部分的驱动器能量被转移到加速见证通过等离子体。这种混合的方法允许在广泛访问的高功率激光设施的束驱动等离子体加速器的概念的基础研究。它有望为诸如自由电子激光等要求高质量的应用提供紧凑的高能高亮度电子束源。
2019-09-14 physics.acc-ph physics.optics 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
Ultrarelativistic electron beams accelerated by terawatt scalable kHz laser
本研究利用太瓦级可扩展千赫兹激光器驱动OPCPA系统，加速产生能量达50 MeV、准直且准单能的电子束，为高亮度X射线源和脑癌治疗设备及千赫兹GeV电子束线的发展奠定基础。
2024-05-29 physics.acc-ph physics.plasm-ph
All-optical source size and emittance measurements of laser-accelerated electron beams
本文首次实验演示了利用激光尾波场加速器通过有质动力调制测量亚0.1 mm mrad级电子束发射度的全光学方法，并证明该方法在低信噪比下仍能给出严格的发射度上限。
2024-06-28 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Optimisation of the pointing stability of laser-wakefield accelerated electron beams
激光尾波场加速技术是下一代超小型高能粒子加速器的一项重要技术。然而，为了有意义地使用激光驱动粒子束，它们必须具有高度的指向稳定性，以便注入传输线和进一步的加速级。本文对影响激光尾场加速电子束指向稳定性的主要因素进行了全面的实验研究。它示出，气体电池提供了一个更稳定的电子产生轴，如果相比，气体喷射目标，几乎无论使用的气体密度。亚mrad射击到射击的波动指向测量和一致的非零偏移的电子轴相对于激光传播轴被发现是唯一相关的残余角色散引入的激光压缩系统，并可以用作一个精确的诊断工具，压缩优化啁啾脉冲放大激光器。
2014-07-25 physics.plasm-ph
Energy dispersion in radiation pressure accelerated ion beams
本文研究了辐射压力加速（RPA）离子束从薄（固体）靶中射出时的能量色散问题。两种不同的加速方案，即相稳定加速和多级加速，被认为是通过分析建模和一维粒子模拟。我们的调查提供了一个更深入的了解RPA，并让我们得到一些产生单能离子束的准则。
2011-05-24 physics.plasm-ph
Limitations of emittance and source size measurement of laser-accelerated electron beams using the pepper-pot mask method
Institute of Optics and Quantum Electronics, Friedrich-Schiller-Universität（耶拿弗里德里希·席勒大学光学与量子电子学研究所）
本文研究了利用香菜花掩模法测量激光加速电子束发散度的局限性，并通过实验和模拟验证了该方法的适用性。
2026-01-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
160 MeV laser-accelerated protons from CH2 nano-targets for proton cancer therapy
质子（和离子）癌症治疗已被证明是一种非常有效的治疗某些肿瘤的方法1-4。然而，一个主要的问题在于粒子加速器设施的成本;高昂的采购成本严重限制了离子放射治疗的可用性，全世界只有~26个中心。此外，高昂的运营成本往往阻碍了在没有国家补贴的情况下的经济运行，并导致现有设施的关闭。激光加速质子和离子束长期以来一直被认为是摆脱这种困境的一种方法，有可能以更低的成本和更小的设施占地面积提供所需的离子束7-14。最大的挑战是实现足够的粒子能量用于治疗，在150-250 MeV范围内的质子15，16。在过去的十年中，最大的实验观察到的激光加速质子的能量一直保持在~60 MeV 17。在这里，我们的激光加速质子的能量超过150兆电子伏，达到治疗窗口的实验演示。这是通过不同的加速机制而不是更大的激光器来实现的，特别是在相对论透明机制中具有CH 2纳米靶的150 TW激光器18，19。我们还展示了一个明确的比例定律与激光强度的基础上分析理论，计算机模拟和实验验证，将使设计的原型系统跨越整个范围的治疗所需的能量。
2013-10-31 physics.plasm-ph
Improvement of Properties of Self-Injected and Accelerated Electron Bunch by Laser Pulse in Plasma
在传统的直线加速器中的加速梯度目前被限制为每米100 MV。基于等离子体的加速器具有维持加速梯度的能力，该加速梯度比在常规加速器中获得的加速梯度大几个数量级。随着激光技术的迅速发展，基于激光等离子体的加速器成为人们研究的热点。在过去的十年中，成功的实验激光尾场加速等离子体中的电子已经证实了这种加速的相关性。显然，激光等离子体加速器中的大加速梯度允许减小加速器的尺寸并降低成本。激光等离子体加速器的另一个重要优点是它们可以产生具有高能量的短电子束。
2020-09-09 physics.plasm-ph
THz transition radiation of electron bunch laser-accelerated in long-scale near-critical density plasmas
本文针对近临界密度等离子体中激光加速高电荷电子束产生太赫兹渡越辐射的问题，结合3D PIC与流体模拟进行含衍射和退相干效应的解析计算，计算结果与实验吻合，可用于优化太赫兹辐射并区分不同产生机制的贡献。
2023-10-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Polarized laser-wakefield-accelerated kiloampere electron beams
高通量极化粒子束对于自旋相关过程的研究至关重要，例如在标准模型之外的物理研究中，以及在材料科学中仔细检查固体和表面的结构。在这里，我们证明了千安培极化电子束可以通过激光尾流场加速气体靶产生。一个简单的理论模型，用于确定电子束的极化，并支持与自洽的三维粒子在细胞模拟，将自旋动力学。通过适当地选择激光和气体参数，我们表明，由激光尾场加速过程引起的电子退极化可以低至10%。与目前可用的极化电子束源相比，通量增加了四个数量级。
2019-04-15 physics.plasm-ph
Plasma wave undulator for laser-accelerated electrons
激光等离子体加速器由于在过去十年中取得的显著进展，已经成为能量高达千兆电子伏范围的超短电子束的紧凑源。这些电子聚束的直接应用是产生短脉冲X射线辐射源。在这封信中，我们研究了一个全光驱动的X射线源的基础上的组合的激光等离子体加速器和等离子体波荡器。利用激光等离子体波的纵向电场使电子横向摆动。该等离子体波荡器的周期等于等离子体波长，可以利用100-200 MeV范围内的电子能量实现10 keV范围内的可调谐光子能量。考虑到一个10 s TW级的飞秒激光系统，强度参数K约为0.5、周期约为10的波荡器可以与激光等离子体加速器相结合，从而使每个电子产生几个10^-2的X射线光子。
2011-04-12 physics.plasm-ph
Modeling of the driver transverse profile for laser wakefield electron acceleration at APOLLON Research Facility
针对APOLLON设施激光尾场加速中焦斑空间不稳定性导致电子束质量退化的问题，提出基于改进Gerchberg-Saxton算法从注量测量恢复激光电场并纳入PIC模拟，显著提高模拟与实验的吻合度。
2023-05-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Spectrum bandwidth narrowing of Thomson scattering X-rays with energy chirped electron beams from laser wakefield acceleration
研究了超短激光脉冲与激光尾流场加速电子束之间的非相干汤姆逊散射。研究了加速电子束的能量啁啾对最终辐射谱带宽的影响。研究发现，当电子被加速到退相点附近时，散射X射线辐射具有最小的谱宽和最高的强度。此外，还提出利用$90^\circ$汤姆逊散射研究尾流场中电子的加速过程。从散射光的强度和带宽可以推导出退相位置和光束能量啁啾。
2013-12-21 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Femtosecond x rays from laser-plasma accelerators
近年来，短脉冲激光与低密度等离子体的相对论相互作用导致了新一代飞秒x射线源的出现。基于来自在等离子体中加速的电子的辐射，这些源具有紧凑并且提供准直、非相干和飞秒辐射的共同特性。在本文中，我们回顾，在一个统一的形式主义，在所谓的气泡制度，电子捕获和加速的电子感应加速器辐射，同步辐射的激光加速电子在通常的米级波荡器，非线性汤姆逊散射的相对论电子振荡在强激光场，和汤姆逊后向散射辐射的激光束的激光加速电子。使用理想模型的基本物理，相关参数的定义，并给出了解析表达式提供的源的功能。数值模拟和总结最近的实验结果上的不同机制。每一节都以每一计划的预期发展结束。最后，激光等离子体加速器的最有前途的应用之一进行了讨论：实现一个紧凑的自由电子激光在X射线范围内的频谱。在结论中，总结了表征每种源的相关参数。考虑到典型的激光等离子体相互作用参数与目前可用的激光器，源功能的例子。然后将这些源相互比较，以确定其应用领域。
2013-01-22 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Spin polarized proton beam generation from gas-jet targets by intense laser pulses
提出了一种利用多拍瓦激光器从气体射流中产生自旋极化质子束的方法。利用现有的由光解卤化氢分子产生预极化单原子气体的技术和拍瓦激光器，可以获得能量约为50 MeV、极化度约为80%的质子束。本文采用完全自洽的三维粒子模拟方法，对质子的两级加速和自旋动力学进行了理论研究。我们的结果预测的光束偏振的驱动激光脉冲的强度的依赖关系。明亮的高能极化质子束的产生将打开一个领域的偏振研究与激光驱动的加速器，并有潜在的应用，使有效的探测量子色动力学的探索。
2020-07-24 physics.acc-ph 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
A novel approach to electron data background treatment in an online wide-angle spectrometer for laser-accelerated ion and electron bunches
基于激光的离子加速由当靶电子吸收激光能量并连续离开靶材料时出现的电场驱动。这些电子和加速的离子之间的直接相关性，因此是预期和预测的理论模型。我们报告一个修改后的广角光谱仪允许同时表征的角度分辨的能量分布的离子和电子。配备了在线像素检测器，RadEye 1检测器，这种相关性的研究可以在Single Shot的基础上实现。除了第一次的见解，我们提出了一种新的方法，可靠地提取初级电子能量分布的干扰二次辐射背景。事实证明，这对于定量提取平均电子能量（温度）和发射的总电荷至关重要。
2018-11-14 physics.plasm-ph
Collimated protons accelerated from an overdense gas jet irradiated by a 1 micron wavelength high-intensity short-pulse laser
我们研究了近临界密度氢气射流靶在波长为1.054 μ m的高强度（10^18 W/cm ^2）短脉冲（5 ps）激光辐照下质子的正向加速。我们观察到激光脉冲驱动的冲击加速特征，除了通常使用的电子鞘驱动的质子加速之外，还导致具有小发散度的单能质子束。我们得到的质子能量是适度的（~MeV），但通过调整气体射流密度分布提供了改进的前景。此外，我们观察到，这种机制是非常强大的产生这些光束，因此可以被认为是未来的候选人在激光驱动的离子源驱动的即将到来的下一代多PW近红外激光器。
2017-08-08 physics.plasm-ph
Real-time Electron Solvation Induced by Bursts of Laser-accelerated Protons in Liquid Water
了解质子能量在物质中的沉积和随后的损伤形成的机制是辐射科学的基础。在这里，我们利用皮秒（10^-12 s）分辨率的激光驱动加速器来跟踪超快溶剂化动力学的电子由于质子辐解在液态水（H2O）。将这些结果与假设与光解中发现的初始条件类似的模型进行比较，揭示了质子引起的溶剂化时间延长了> 20 ps。磁流体动力学理论的支持下，这表明一个高度动态的阶段，在质子相互作用的直接后果，是不占在目前的模型。
2021-07-14 physics.plasm-ph
Study of accelerated ion energy and spatial distribution with variable thickness liquid crystal targets
我们报告基于激光的离子加速使用自由悬浮的液晶膜目标，形成的厚度从100 $nm$到2 $μm$为这个实验。使用强度对比度优于$10^{-7}:1$的1 $\times$ $10^{20}$ $W/cm^2$，30 fs激光器示出了质子的目标正常鞘加速（TNSA）的优化。最佳厚度接近700 $nm$，导致质子能量最大值为24 $MeV$。辐射变色膜（RCF）上采用的激光和目标的法线轴，揭示了最小的激光轴信号，但在低能量的目标正常的离子签名，随液晶厚度变化的惊人的环分布。讨论这种现象，并与其他激光系统上的类似观测进行比较。
2017-04-26 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
Electron pulse train accelerated by a linearly polarized Laguerre-Gaussian laser beam
具有扭曲指数$l = -1$的线偏振拉盖尔-高斯（LP-LG）激光束具有与常规线偏振高斯光束的场结构根本不同的场结构。靠近LP-LG束的轴，纵向电场和磁场占主导地位的横向分量。这种结构为在真空中加速电子提供了一个有吸引力的机会。它示出，使用三维粒子在细胞中的模拟，这种情况下可以实现通过反射LP-LG激光等离子体与尖锐的密度梯度。模拟结果表明，600~TW的LP-LG激光束在反射过程中有效地将电子注入到光束中。靠近激光轴注入的电子通过纵向激光电场经历延长的纵向加速。电子形成具有小发散角的独特的单能聚束。能量最高的束团的能量为0.29 GeV。聚束电荷为6~pC，持续时间为$\sim 270$ ~as.发散角为\dg{0.57}（10 mrad）。通过使用线偏振而不是圆偏振的拉盖尔-高斯光束，我们的方案使得更容易在高功率激光装置上实验证明电子加速。
2022-11-03 physics.plasm-ph
Spatial profile of accelerated electrons from ponderomotive scattering in hydrogen cluster targets
我们研究了激光驱动的电子从过密氢团簇加速到能量高达13 MeV的激光正向和几百keV的外环状结构。低温氢的使用允许高重复率操作和检查源参数如温度和气体流量的影响。当电子密度较低时，可以观察到由相互作用产生的加速电子外环结构，这种结构对激光和靶参数的变化具有鲁棒性。3 $\times$ 10 $^{16}$ cm $^{-3}$。对于更高的电子密度，可以观察到在激光前进方向上的电子的附加中心点。利用3D-PIC模拟，它揭示了这两个电子布居主要源于有质动力散射。
2021-10-25 physics.plasm-ph
Dense blocks of energetic ions driven by multi-petawatt lasers
激光驱动离子加速器具有体积小、密度高、束团持续时间短等优点。然而，同时提高激光驱动离子束的产率和质量以用于实际应用仍然具有挑战性。在这里，我们提出了一个方案，以解决这一挑战，通过使用新兴的多拍瓦激光器和密度调制的目标。密度调制靶允许其离子通过激光辐射压力作为致密块被均匀加速。此外，通过将靶嵌入到足够厚的衬底中，抑制了热电子轰击，从而抑制了等离子体加热，显著提高了加速离子的束流质量。粒子模拟表明，在几微米的固体密度等离子体中，几乎所有的离子都可以通过强度约为1022 W/cm 2的激光脉冲均匀地加速到光速的25%。由此产生的致密高能离子块可能会驱动聚变点火，并且更普遍地产生具有前所未有的高能量密度的物质。
2016-03-13 astro-ph.HE physics.acc-ph physics.plasm-ph
Bright betatron radiation from direct-laser-accelerated electrons at moderate relativistic laser intensity
本研究针对中等相对论激光与近临界密度等离子体作用场景，通过三维粒子模拟研究直接激光加速电子的betatron辐射，获得高光子数的X射线，并验证了其在相衬成像中的应用潜力，可服务于高能量密度实验需求。
2021-04-23 physics.plasm-ph
Ultrafast target charging due to polarization triggered by laser-accelerated electrons
一个重要的一步已经朝着理解的瞬态表面电流的物理过程中的一个短的强激光脉冲与高电导率的目标相互作用的喷射电子触发。不同于通常讨论的假设的中性化电流产生的结果的快速损失的热电子到真空中，所提出的机制是与激发的快速电流的电极化的强度由于跃迁辐射触发的喷射电子。我们提出了一个相应的理论模型，并比较它与两个仿真模型，使用时域有限差分法（FDTD）和粒子在细胞（PIC）的方法。所提出的理论的显着特点是清楚地表现在这两个模型。
2020-02-18 physics.optics physics.plasm-ph
High-yield and high-angular-flux neutron generation from deuterons accelerated by laser-driven collisionless shock
明亮的准直中子源是全球安全任务和基础科学研究的重要工具。本文研究了一种利用激光驱动氘核在$^9\text{Be}$转换器中发生分裂反应的紧凑型高产额、高角通量中子源。从这样的反应的中子产生缩放被用来指导选择和优化的加速过程中的低密度$\text{CD}_2$泡沫体的散装离子。特别地，利用无碰撞冲击加速机制，在激光和目标参数空间中进行适当的选择，以将这些离子加速到高于分布温度的能量。Particle-In-Cell和蒙特卡罗模拟被耦合来研究这个概念和可能的不利影响，以及来自表面离子加速和最佳转换器设计的贡献。模拟结果表明，我们的设计可以同时提高激光驱动中子源的中子产额和正向通量，在目前kJ级高功率激光器上达到峰值角中子通量$>10^{11}$/sr和产额$>10^{11}$/脉冲。这些发展将推动基础中子科学，高精度射线照相和其他全球安全应用与激光驱动源。
2021-10-20 physics.app-ph physics.plasm-ph
Unlimited Energy Gain in the Laser-Driven Radiation Pressure Dominant Acceleration of Ions
由于薄靶的横向膨胀，强电磁波在辐射压力主导区加速的离子的能量可以大大增强。膨胀减少了辐照区域中加速离子的数量，增加了剩余离子的能量和纵向速度。在相对论极限下，离子相对于电磁波锁相，导致无限的离子能量增益。这一效应和利用最佳激光脉冲波形为大幅度提高激光加速离子的能量提供了一条新途径。
2009-12-15 physics.plasm-ph physics.space-ph
Coherent forward stimulated Brillouin scattering of a spatially incoherent laser beam in a plasma and its effect on beam spray
建立了空间非相干单色激光束在等离子体中传输的前向受激布里渊散射（FSBS）的统计模型。发现散斑的平均功率存在一个阈值，该阈值远低于自聚焦阈值，在该阈值以上，激光束的空间非相干性不能阻止FSBS的相干增长。三维模拟证实了它的存在，并揭示了发病的光束spray以上it.From这些结果，我们提出了一个新的品质因数的控制通过等离子体的空间非相干激光束的传播。
2008-05-20 physics.plasm-ph
Laser Pulse-Electron Beam Synergy: An Approach to Higher Electron Energy Gain in Laser Wakefield Accelerators
基于激光脉冲和电子束的共同作用，提出了尾场加速器中电子注入和加速的新方案。这种协同作用导致更强的尾流场生成和更高的能量增益中的气泡制度。在较低的激光功率和等离子体密度下，整个气泡的强烈变形导致电子自注入。为了预测电子束和激光脉冲参数的实际范围，提出了一个解释模型。研究了改变电子束初始位置对等离子体电子自陷的影响。在48 TW激光尾流场中，注入280 pC电子束，在减速阶段产生了高质量（25 fs）、高电荷量（340 pC）、1GeV的电子聚束。
2020-07-01 physics.plasm-ph
Energy gain by laser-accelerated electrons in a strong magnetic field
这篇文章讨论了在具有静态均匀磁场$B_*$的等离子体中用激光脉冲加速电子的问题。激光脉冲垂直于磁场线传播，偏振选择为使得$({\bf{E}}_{laser} \cdot {\bf{B}}_*) = 0$。工作的重点是具有可观的初始横向动量的电子，在没有磁场的情况下，由于强退相，这些电子无法从激光获得显著的能量。它表明，磁场可以启动一个能量增加，通过旋转这样的电子，使其动量成为指向前方。能量增益继续远远超过该转折点，在该转折点处失相下降到非常小的值。与纯真空加速的情况相反，电子经历快速的能量增加，其中解析导出的最大能量增益取决于磁场的强度和波的相速度。由磁场引起的能量增强在高激光振幅$a_0 \gg 1$下可能是有用的，其中类似于真空中的加速不能产生仅超过数十微米的高能电子。强磁场有助于利用$a_0$的增加，而不会显著增加相互作用长度。
2019-10-05 physics.plasm-ph
Laser plasma accelerated ultra-intense electron beam for efficiently exciting nuclear isomers
利用激光等离子体尾场加速超高电荷电子束对于许多开创性的应用是至关重要的，例如有效地产生具有广泛应用的短寿命核异构体。然而，由于束流负载效应，单个等离子体泡中的电子电荷被限制在数百皮库仑的水平。在这里，我们实验提出，100千安培，20纳库仑，几十兆电子伏的准直电子束产生的尾场加速链，通过紧密聚焦的强激光脉冲在稠密等离子体中横向匹配。这种超强电子束是由于氮原子内壳层电子被电离并连续注入到多个等离子体泡中的一种新型高效注入。这种强电子束已被用于通过光核反应激发具有超高峰值效率的$1.76\times10^{15}$粒子/s的核异构体。这种高效的同分异构体产生方法可广泛应用于泵浦激发态寿命低至皮秒的同位素，这对深入理解核跃迁机制和激发γ射线激光都是有益的。
2022-03-12 physics.plasm-ph
Alpha-particle generation from H-11B fusion initiated by laser-accelerated boron ions
本文报道利用飞秒激光加速硼离子轰击含氢靶引发H-11B聚变产生MeV α粒子，为超短MeV α粒子源提供新途径，并为离子阻止本领和反应截面研究提供参考方案。
2022-09-12 physics.plasm-ph
Robust Collimation Control of Laser-Generated Ion Beam
讨论了强激光离子束结构准直装置的鲁棒性。本文采用固体结构的准直装置实现离子束的准直，该装置产生横向电场，该电场有助于降低离子束的横向速度，实现离子束的准直。我们的2.5维粒子模拟表明，准直装置是相当强大的激光参数和准直目标的大小的变化。这种强短脉冲激光器现在已经可以使用了，它被用来产生离子束。激光离子加速中的问题包括离子束准直、离子能谱控制、离子产生效率、离子能量控制、离子束聚束等。激光产生的离子束在离子束传播过程中倾向于在横向和纵向方向上扩展。本文主要研究了离子束的准直问题。
2015-03-18 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
Experimental evidence of radiation reaction in the collision of a high-intensity laser pulse with a laser-wakefield accelerated electron beam
强电磁场中高能粒子的动力学可能会受到加速过程中辐射发射产生的能量损失（称为辐射反应）的严重影响。当与高能电子束相互作用时，今天的激光足够强，可以探索经典和量子辐射反应机制之间的转变。本文报道了由激光尾场加速产生的超相对论电子束（$\varepsilon > 500$ MeV）与强激光脉冲（$a_0 > 10$）碰撞中的辐射反应。我们测量碰撞后的电子光谱中的能量损失，这是与检测到的信号的硬光子（$γ$ -射线），与辐射反应的量子（随机）描述一致。所产生的$γ$射线具有最高的能量，但从全光学逆康普顿散射计划报告，与临界能量$\varepsilon_{\rm crit} > $ 30兆电子伏。
2018-01-04 hep-ph physics.plasm-ph
