Quasi mono-energetic, relativistic electron acceleration in a femtosecond, high intensity laser excited solid magnet
Indian Institute of Technology Delhi（印度理工学院德里分校）；Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）
研究超强激光与磁化过密等离子体相互作用，通过粒子模拟等方法，产生准单能电子，揭示电子伯恩斯坦波作用，实验证明其可行性，为高能密度等离子体系统提供新的粒子加速和能量沉积范式。
2026-07-08 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Super-Heavy Ions Acceleration Driven by Ultrashort Laser Pulses at Ultrahigh Intensity
利用超短脉冲（几十飞秒）激光从等离子体中加速超重离子（SHIs）是一个极具挑战性的课题，有待于突破。电离过程的检测和控制以及最佳加速方案的采用是高能SHIs产生的关键。在这里，我们报告的实验结果产生的深度电离的超重离子（金）与前所未有的能量为1.2 GeV，利用超短激光脉冲（22 fs）在10^22 W/cm 2的强度。提出了一种新的自校准诊断方法，用于测量Au离子的绝对能谱和电荷态分布。由2D粒子模拟支持的测量的电荷态分布作为检查与SHI加速相关的电离动力学的额外工具，揭示了激光强度是在脉冲持续时间内加速Au离子的关键参数。双层靶的使用在不牺牲加速场强度的情况下延长了加速时间，这对高能超重离子的产生非常有利。
2021-04-15 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Ion Acceleration - Target Normal Sheath Acceleration
高能离子从第一个激光等离子体实验开始就被观察到了，它们的起源是被激光加热的电子的电荷分离，电子将能量传递给在激光场中加速的离子。脉冲长度在飞秒范围内的超强激光的出现导致了高能离子的发现，这些离子的特性与长脉冲激光驱动的离子完全不同。这些离子束于20世纪90年代末被发现，由于其独特的性质和高粒子数，已成为世界范围内激烈研究的焦点。基于它们的非各向同性、光束状的行为，总是垂直于发射表面，加速机制被称为目标法向鞘层加速（TNSA）。我们解决的物理机制及其依赖于激光和目标参数。探索和诊断光束的技术，使他们有用的应用，也解决了。
2017-05-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Acceleration of electrons by high intensity laser radiation in a magnetic field
本文研究了真空中电子在沿磁场传播的圆极化电磁波中的加速问题。我们表明，当使用超短超强激光脉冲（10 ps，10^{18} Bm/cm ^2，CO_{2}激光器）在磁场存在下，电子能量增长可能达到2.1 Gev。结果表明，电子能量的增长随激光强度和电子初始能量的增加而成比例地增加，并且发现，对于某一偏振方向的波，电子的加速度与电磁波的初始相位无关。我们估计了电子加速所需的激光强度。此外，我们还找到了电子吸收光子的形成长度，据此可以选择电子与电磁波和磁场相互作用所需的区域。我们还表明，作为一个结果，加速电子在真空中的激光辐射在磁场的一个可以获得电子束与小的能量扩展的顺序。我们还指出，由于激光辐射在磁场中加速真空中的电子，可以获得{δε}/ε < 10^{-2}量级的小能量扩展的电子束。
2014-02-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Forward sliding-swing acceleration: electron acceleration by high-intensity lasers in strong plasma magnetic fields
高强度激光束在稠密等离子体中的传播驱动强电流，强电流维持强准静态兆特斯拉水平方位磁场。横向激光场有效地加速电子，在这样一个领域的存在，限制横向运动和偏转的电子在向前的方向，建立新的向前滑动摆动加速机制。它的优点是阈值而不是共振行为，将电子加速到足够强的激光驱动电流的高能量。我们通过一个简化的模型解析地研究了电子的动力学，具体地推导了电流、粒子的初始横动量和激光场强度之间的简单关系，并对能量增益进行了分类。我们证实了模型的预测数值模拟，兆安培级的阈值电流和能量增益比没有磁场可实现的两个数量级。
2019-04-25 physics.acc-ph physics.app-ph physics.plasm-ph
Proton acceleration with intense twisted laser light
本研究提出用中等能量强扭曲激光从双层氢靶产生准直高能质子束的方案，经三维PIC模拟验证其发散度远低于同能量高斯激光方案，并结合理论确立了实验可行的低发散高能质子加速机制。
2023-05-03 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Target shape effects on monoenergetic GeV proton acceleration
圆偏振激光脉冲与薄膜靶相互作用时，可分为预打孔、打孔和光帆加速三个阶段。我们研究了第一阶段的电子和离子动力学，并找到了给定激光强度的最小箔厚度要求。基于此分析，我们建议使用一个形状的箔离子加速，其厚度横向变化，以匹配激光强度。然后，目标演化为三个区域：加速度区域、透明区域和变形区域。在加速区域中，靶可以被均匀地加速，从而产生单能且空间准直的离子束。详细的数值模拟进行检查该计划的可行性和鲁棒性，如形状因子和表面粗糙度的影响。在三维粒子模拟中，当激光脉冲聚焦强度为1022 W = cm ~ 2时，观察到了GeV单能质子束流。激光脉冲到加速质子束的能量转换效率大于23%。在相互作用中还检查了同步辐射和阻尼效应。
2009-06-12 physics.acc-ph physics.plasm-ph
A high-intensity laser-based positron source
本文提出一种基于高能电子束与高强激光脉冲对撞的正电子源，利用多光子Compton和Breit-Wheeler过程产生低发散度正电子，其亚微米级低发射度特性对对撞机应用极具吸引力。
2023-11-17 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Identifying the source of super-high energetic electrons in the presence of pre-plasma in laser-matter interaction at relativistic intensities
在一维平板近似下，采用粒子模拟方法研究了相对论强度激光与物质相互作用中预等离子体对超高能电子产生的影响。研究了$1\ μ\text{m}$、$5\ μ\text{m}$、$10\ μ\text{m}$和$15\ μ\text{m}$的不同前等离子体尺度长度，发现随着前等离子体尺度长度的增加，电子的粒子数和截止动能都增加，截止动能大大超过相应的激光有质动力能.提出了一个两阶段的电子加速模型来解释基本物理。第一阶段是纵向电场和激光脉冲的协同加速，其加速效率取决于等离子体尺度长度。这些在第一阶段预加速的电子可以建立一个强烈的静电势垒，其最大值是初始电子动能的几倍。部分高能电子在静电势垒的反射作用下被进一步加速，最终的动能明显高于第一阶段的预加速值。
2015-12-23 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Ponderomotive Acceleration by Relativistic Waves
本文研究等离子体中极端高强度电磁波下的有质动力加速，发现其能量增益与矢量势平方成正比，并探讨了与尾场加速共存及对宇宙射线和激光加速的意义。
2014-07-03 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Exploring ultra-high-intensity wakefields in carbon nanotube arrays: an effective plasma-density approach
近年来，使用固态纳米结构的带电粒子加速作为在TV/m域中实现超高梯度加速的方法引起了人们的注意。更具体地说，金属中空纳米结构可以适用于通过激光或高强度带电粒子束在高密度固态等离子体中激发尾场来加速粒子。例如，由于其特殊的通道特性以及光电和热机械特性，碳纳米管可能是用于此目的的优异介质。本文研究了使用碳纳米管阵列产生超高梯度加速度的可行性，在二维轴对称准3D几何形状中进行的常规粒子模拟中，将碳纳米管阵列建模为固态等离子体。详细讨论了不同固体结构参数对束流驱动等离子体尾场的影响。此外，通过采用一种有效的等离子体密度的方法，现有的解析表达式，最初推导出均匀等离子体，可以用来描述尾场驱动周期性非均匀等离子体。
2023-03-08 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Vacuum acceleration of electrons in a dynamic laser pulse
平面激光脉冲在真空中传播时会产生极大的有质动力。然而，这种力不能将净能量传递给电子：当脉冲超过电子时，来自其上升沿的初始脉冲完全被来自其后沿的相等且相反的脉冲所抵消。在这里，我们表明，平面状的“飞焦”脉冲可以打破这种对称性，赋予相对论能量的电子。飞行焦点的强度峰值--一个移动的焦点，由啁啾激光脉冲通过彩色透镜聚焦产生--可以以任何亚光速向前或向后移动。因此，电子可以在强度峰值的上升沿获得足够的动量，以超过并避免后沿。加速强度峰值可以进一步提高动量增益。理论和模拟表明，这些动态强度峰值可以向后加速电子到高能量密度材料的辐射和电子衍射探针所需的MeV能量。
2020-07-10 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Laser Ion Acceleration Scaling Laws Seen in Muti-Parametric PIC Simulations
采用多参数粒子模拟方法研究了强度为$I = 10^{20} - 10^{22} $ W/cm $^2\times(μ$ m $/λ)^2$的激光脉冲对双层靶离子的加速作用。对于具有宽范围的厚度$l$和密度$n_e$的靶，在给定强度下，最高离子能量增益出现在靶$σ= n_e l$的某个{ \it临界深度}处，其与强度的平方根成比例。在薄靶和最佳激光脉冲持续时间的情况下，离子最大能量与激光脉冲功率的平方根成比例。当激光场的辐射压力成为主导时，离子最大能量变得与激光脉冲能量成比例。
2005-10-21 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Programmable Focal Elongation and Shaping of High-Intensity Laser Pulses using Adaptive Optics
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）；Université libre de Bruxelles (ULB)（布鲁塞尔自由大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本文提出利用自适应光学编程调控高强度激光脉冲的焦点区域，实现对等离子体加速技术的优化与提升。
2026-01-07 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
