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
Asymmetry in laser wakefields driven by intense pulses
ELI-ALPS, ELI-HU Nonprofit Ltd.（ELI-阿尔普斯，ELI-HU非营利有限公司）
本文提出了一种方法，推导出强激光脉冲中电子非零横向动量的精确解析公式，解释了观测到的wakefield不对称效应。
2026-02-16 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
Pulsed Mid-infrared Radiation from Spectral Broadening in Laser Wakefield Simulations
高功率激光脉冲在低密度等离子体中传输时产生的光谱红移可以作为超短中红外辐射源。在传播过程中，高功率激光脉冲驱动大振幅等离子体波，耗尽脉冲能量。同时，大振幅等离子体波提供了导致光谱偏移的动态介电响应。激光脉冲能量的损失和激光脉冲作用的近似守恒意味着光谱红移伴随着损耗。在本文中，我们调查，通过模拟，MIR产生的脉冲能量，初始脉冲宽度和等离子体密度的参数依赖性。
2013-04-20 physics.plasm-ph
Carrier-Envelope Phase Controlled Electron Injection into a Laser-Wakefield Accelerator
单周期激光脉冲在等离子体中传播时，根据激光载波包络相位（CEP），引起可控的非对称等离子体电子从激光器中排出，形成振荡的等离子体泡。气泡的横向尾流场被修正，呈现周期性调制。提出了一种将单周期低频激光脉冲和多周期高频激光脉冲相结合的激光尾场加速器注入方案。共同传播的激光脉冲形成横向振荡的尾场，该尾场有效地捕获和加速来自背景等离子体的电子。通过调节单周期激光脉冲的初始CEP，可以独立于多周期脉冲来修改注入动力学，从而能够控制电子聚束的空间轮廓。
2021-06-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Enhancement of electron energy to multi-GeV regime by a dual-stage laser-wakefield accelerator pumped by petawatt laser pulses
激光尾流场加速提供了一个紧凑的电子加速器的承诺，用于产生多GeV的电子束使用由强激光脉冲引起的巨大的场梯度，相比于传统的射频加速器。然而，来自激光尾场加速器的电子束的能量和质量受到驱动激光脉冲的功率和靶介质中的相互作用性质的限制。近年来，随着激光技术的发展，人们已经实现了拍瓦级飞秒激光器，这为激光尾波场加速的研究提供了新的可能性。在这里，我们提出了一个显着增加激光驱动的电子能量的多GeV的水平，利用30 fs，1 PW激光系统。特别是，一个双阶段的激光尾场加速计划（注入器和加速器计划）被施加到提升电子能量超过3 GeV与一个单一的PW激光脉冲。三维粒子模拟证实了PW激光脉冲驱动的双级激光尾场加速器产生的多GeV电子。
2013-09-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Transition from wakefield generation to soliton formation
众所周知，当短激光脉冲在欠密等离子体中传播时，它在脉冲之后以等离子体频率诱导纵向等离子体振荡，通常被称为“尾场”。然而，对于接近临界密度的等离子体密度尾场生成被抑制，而是EM脉冲进行非线性自调制。本文研究了随着等离子体密度的增加，从尾波场产生到准孤子形成的转变。为此，我们已经应用了一维（1D）相对论冷流体模型，这也被比较粒子在细胞模拟。一个关键的结果是，由于尾流场产生的EM脉冲的能量损失有其最大的等离子体密度的顺序为10%的临界密度，但尾流场产生急剧抑制时，密度进一步增加。
2017-12-20 physics.plasm-ph
Excitation of wakefields in a plasma channel by a laser pulse
本文研究了在阶跃密度分布等离子体通道中三角形脉冲激发尾流场的解析解，得到了精确解。激励对于t~tp更有效，其中t是脉冲的上升时间，tp是等离子体周期，尽管它对于t~20 tp仍然是显著的。在前一种情况下，尾流势是有质动力势的1.7倍，而对于后者，尾流势下降到有质动力势的1.4倍。
2005-10-04 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Excitation and Control of Plasma Wakefields by Multiple Laser Pulses
实验证明了激光脉冲串共振激发等离子体波。我们还采取了重要的第一步，实现能量回收等离子体加速器，通过显示未使用的尾场能量可以被删除的共振拖尾激光脉冲。测量的激光尾场被发现是在良好的协议与尾场激发的线性政权的分析和数值模型。我们的研究结果表明，一个有前途的方向，实现高度控制，GeV级的激光等离子体加速器工作在多千赫重复率。本文于2017年7月27日发表在Physical Review Letters 119，044802上。DOI：10.1103/PhysRevLett.119.044802 Copyright 2017 American Physical Society.
2017-08-14 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Complete temporal characterisation of asymmetric pulse compression in a laser wakefield
我们提出了完整的实验表征的时间形状的强烈超短200 TW激光脉冲驱动的激光尾波场。使用（二阶）频率分辨光学门控（FROG）唯一地测量脉冲的相位。脉冲被非对称压缩，并表现出与预期的非对称自相位调制由于光子加速/减速在相对论等离子体波的正啁啾一致。测得的脉冲持续时间随等离子体的长度和密度的增加而线性减小，与等离子体波中的强度相关的群速度变化定量一致。
2010-10-18 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Effects of Laser Polarization and Color on Hybrid Laser Wakefield and Direct Acceleration
我们证明了混合激光尾流场和直接加速（LWDA）可以显着改善通过使用两个不同的偏振或频率的激光脉冲。该改进需要加速电子的更高能量和电荷，以及对负责产生尾场的前导（泵浦）脉冲和负责直接激光加速（DLA）的拖尾激光脉冲之间的时间延迟的较弱灵敏度。当两个激光脉冲具有相同的频率时，它示出，它是有利的，使它们的偏振态相互正交。还考虑了倍频（$λ_{\rm DLA}=λ_{\rm pump}/2$）DLA激光脉冲的具体情况，并且发现其优于单频（$λ_{\rm DLA} = λ_{\rm pump}$）情况。
2017-12-11 physics.plasm-ph
Nonlinear Pulse Evolutions in the Laser Wakefield Accelerator through a new Quasi-Static Theory
从瞬态Lorentz-boosted脉冲同动坐标系（PCMF）中的冷流体加麦克斯韦方程组出发，建立了一种新的准静态理论，描述了尾流场激发下的非线性脉冲演化，并通过与粒子模拟（PIC）的比较进行了验证。根据这一理论，等离子体运动可以微扰处理，并产生准静态尾流场的PCMF，和脉冲包络是由薛定谔方程的形式。由该方程导出的局域守恒定律描述了脉冲的演化，并将其进行洛伦兹变换，得到实验室坐标系。在这种情况下，新的公式描述的时间行为的群速度，尾波振幅和载波频率的推导和最好的模拟数据证实。基于薛定谔方程的性质描述了辐射的光谱演化，预测了一个新的具有线性关系w=ck（c为光速）的特殊色散分支的出现，并通过模拟得到了证实。
2017-05-02 physics.plasm-ph
Sub-femtosecond electron bunches created by direct laser acceleration in a laser wakefield accelerator with ionization injection
在这项工作中，我们将通过三维粒子模拟显示，激光尾场加速器中的激光直接加速可以产生亚飞秒电子聚束。用两个激光脉冲持续时间进行两个模拟，使得最短的激光脉冲仅占据第一气泡的一部分，而较长的脉冲填充整个第一气泡。在后一种情况下，当被捕获的电子向前移动并与激光脉冲的高强度区域相互作用时，自然发生微聚束，产生0.5 fs的电子聚束。这在短脉冲模拟中没有观察到。
2015-02-26 physics.plasm-ph
Two-Pulse Ionization Injection into Quasi-Linear Laser Wakefields
我们描述了一种用于控制电子注入到由引导驱动脉冲驱动的准线性尾场的方案，该方案通过具有短瑞利范围的共线注入激光脉冲电离掺杂剂物种。该方案通过粒子模拟进行了分析，结果显示电子的受控注入和加速达到370 MeV的能量，相对能量扩展为2%，归一化横向发射度为3.0 μm。这是原始APS论文的arXiv版本。它应该被引用为N。Bourgeois，J. Cowley，and S. M. Hooker，Phys. Rev. Lett. 111，155004（2013）。APS链接：http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.111.155004
2013-11-04 physics.plasm-ph
Self-guided wakefield experiments driven by petawatt class ultra-short laser pulses
我们调查的扩展自注入激光尾场实验的制度，将与下一代的拍瓦级超短脉冲激光系统。使用线性缩放，目前的实验趋势和数值模拟，我们确定最佳的激光和目标参数，即聚焦几何形状，等离子体密度和目标长度，需要增加电子束能量（> 1 GeV），而不使用外部引导结构。
2007-12-05 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Electron self-injection threshold for the tandem-pulse laser wakefield accelerator
可控注入方案是产生高质量激光驱动电子束和X射线的关键。自注入是导致高电流和峰值能量的最直接的方案，但是易受激光参数和目标特性的变化的影响。在这项工作中，改进的控制电子自注入的非线性腔制度，使用两个激光脉冲在串联传播的影响。特别是在注入阈值，电子能量和束流特性方面的串联脉冲方案的优势，在一个制度相关的电子感应加速器辐射证明。此外，它表明，电子自注入的激光功率阈值可以减少到一个因素的两个相比，标准的，单脉冲尾场计划。
2019-11-28 physics.plasm-ph
Chirp-controlled plasma wake excitation by an exponential laser pulse in underdense plasma
University of Lucknow（勒克瑙大学）
研究通过指数啁啾激光脉冲在稀疏等离子体中激发等离子体尾场，发现指数啁啾能增强尾场幅度，通过非线性相位变化提升加速场强度和电子动量增益。
2026-04-30 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Profiling and variation of laser pulse parameters as a way to preserve the stability of self-injected bunches during excitation of a wakefield in plasma
该研究针对等离子体尾场激发中自注入束团易因横向电子感应加速振荡损毁的问题，通过X射线激光脉冲链的参数整形与调控，找到了获得稳定高质量束团的参数，为解决该问题提供了可行方案。
2023-10-10 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Overcoming the dephasing limit in multiple-pulse laser wakefield acceleration
激光驱动等离子体尾场加速中的电场比传统的射频腔高几个数量级，但能量增益受到超相对论电子聚束和尾场之间的移相的限制，尾场以激光群速度传播。我们提出了一种方法来克服这个限制在一个单一的等离子体阶段。通过调制密度分布，可以在飞行中控制激光脉冲训练后尾流场的幅度。这产生了一系列的共振激光等离子体加速器部分和非共振漂移部分，在这些部分内尾场消失，电子重新相位。一个二维的粒子在细胞模拟与四个2.5TW激光脉冲产生50MeV的电子能量增益，四倍，从均匀的等离子体。虽然激光红移防止操作在井喷制度，该技术提供了增加的能量增益的加速器限制到线性制度的可用激光功率。这对于能够以高重复率操作的激光等离子体X射线源特别相关，这是高度追求的。
2020-01-24 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Wakefield Excited by Ultrashort Laser Pulses in Near-Critical Density Plasmas
使用高重复率mJ级激光系统的激光尾场加速（LWFA）为广泛的应用带来了独特的机会。为了满足用低能量激光加速电子所需的条件，必须使用高密度等离子体和超短脉冲。在几个周期脉冲的情况下，色散和载波包络相位效应不再可以忽略。本文研究了超短脉冲激光在近临界密度等离子体中产生的尾波的性质。所得结果可能导致使用kHz激光系统的LWFA电子束质量的提高。
2019-05-06 physics.plasm-ph
Plasma wakefield excitation by incoherent laser pulses: a path towards high-average power laser-plasma accelerators
在激光等离子体加速器（LPA）中，在等离子体中传播的短而强的激光脉冲驱动尾场（具有相对论相速度的等离子体波），该尾场可以维持极大的电场，从而实现紧凑的加速结构。潜在的LPA应用包括紧凑型辐射源和高能线性对撞机。我们提出并研究了由大量低能激光脉冲（即，而不限制脉冲相位）。我们表明，尽管在由脉冲所占据的体积内的电磁场的非相干性质，激发的尾场是定期的，其振幅是可比的或等于使用一个单一的，相干的脉冲具有相同的能量。这些结果为下一代基于LPA的应用提供了一条途径，其中非相干组合的多个脉冲可以实现高重复率、高平均功率的LPA。
2014-04-17 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Laser wakefield acceleration driven by few-cycle laser pulses in overdense plasmas
我们测量了相对论范围内超短激光脉冲与固体密度等离子体相互作用中高能电子的发射。我们检测到的电子束，只出现了几个周期的脉冲（< 10 fs）和大等离子体尺度长度（$L > λ_0$）。数值模拟，与实验一致，揭示了这些电子被加速的激光尾流场。在等离子体的近临界密度区，几个周期的激光脉冲确实共振激发了等离子体波。然后电子通过电离注入等离子体波并加速到相对论能量。这项研究提供了一个前所未有的洞察物理发生在几个周期的制度。
2018-06-01 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Laser-Pulse and Electron-Bunch Plasma Wakefield Accelerator
强激光脉冲和高电荷电子束通过等离子体的传播距离分别受到衍射和自减速的限制。这对两个主要的先进加速器概念：激光和等离子体尾场加速器的性能提出了严格的限制。利用数值模拟，我们表明，当两个光束共同传播的等离子体中，它们可以相互作用的协同作用，并延长彼此的旅行距离。负责的协同作用的关键相互作用被发现是由电子束的激光沟道，和由激光脉冲的束电子的直接激光加速。值得注意的是，从激光脉冲转移到等离子体的能量的量可以通过引导电子聚束增加几倍，尽管它的能量含量很小。讨论了这种协同相互作用对外部注入见证电荷的高梯度加速的影响，并提出了激光脉冲和电子束等离子体加速器（LEPA）的新概念。
2020-11-05 physics.plasm-ph
Longitudinal Laser Shaping in Laser Wakefield Accelerators
本文研究了激光尾流场加速器中激光与等离子体相互作用过程中尾流激发的能量学。我们发现，尾流振幅和加速效率（Transformer比）可以通过适当的驱动激光脉冲的纵向轮廓的形状最大化。在激光与等离子体相互作用的非线性区域，导出了相应的激光脉冲族。这样的形状通过允许激光脉冲内的均匀光子减速而提供尾流场的大小和效率的理论上限。我们还构建了现实的最佳脉冲形状，可以产生在有限带宽的激光系统。
2000-08-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Laser wakefield acceleration with mid-IR laser pulses
本文报道了利用超短中红外激光脉冲（λ= 3.9 μm，100 fs，0.25 TW）驱动的激光等离子体尾场加速的初步结果，该脉冲能够使中等密度气体射流与近临界和超临界密度相互作用。当射流宽度超过相对论自聚焦的阈值尺度长度时，发生高达~12 MeV的相对论电子加速。我们提出了缩放趋势的加速束剖面，电荷和光谱，这是支持的粒子在细胞中的模拟和时间分辨图像的相互作用。对于类似的缩放条件，我们观察到加速电荷的显着增加相比，以前的实验与近红外（λ=800 nm）脉冲。
2018-01-17 physics.optics physics.plasm-ph
Batch Bayesian optimization of attosecond betatron pulses from laser wakefield acceleration
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；University of Oxford（牛津大学）；Horia Hulubei National Institute for Physics and Nuclear Engineering（霍里亚·胡利贝国家物理与核工程研究所）
本研究利用批量贝叶斯优化提升阿秒betatron源的辐射功率，通过等离子体密度尖峰触发高电荷电子束生成，实现功率提升超过一个数量级。
2026-01-30 physics.plasm-ph
Scissor-cross ionization injection in laser wakefield accelerators
本文提出在激光尾场加速器中，利用倍频脉冲与驱动脉冲成锐角碰撞来触发电离注入。该方案有效地缩短了喷油持续时间，从而获得了较高的喷油质量。三维粒子模拟结果表明，用~100 TW激光脉冲可以产生能量为~500 MeV、电荷为~40 pC、能散为~1%、归一化发射度为几毫米毫弧度的电子束。通过调节两个脉冲之间的角度、触发脉冲的强度和气体掺杂比，可以控制电子束的电荷和能量扩展。
2021-09-26 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Radially Polarized, Half-Cycle, Attosecond Pulses from Laser Wakefields through Coherent Synchrotron Radiation
在准一维尾流场加速状态下，当激光束腰大于尾流波长时，驱动非线性相对论电子盘时，发现了相干类同步辐射的阿秒爆发。超临界密度的磁盘径向收缩，由于集中尾场，从而提供了横向电流的发射强度，径向极化，半周期脉冲的持续时间约为100阿秒。电磁脉冲首先聚焦到比驱动脉冲大10倍的峰值强度（$7\times10^{20}\rm W/cm^2$），然后作为锥形束出现。饱和的发射振幅推导出解析和协议的粒子在细胞中的模拟。通过使用气体靶而不是固体来形成盘片，新方案允许应用所需的高重复率。
2014-05-06 physics.plasm-ph
Generation of 'Super-Ponderomotive' Electrons due to a non-Wakefield interaction between a Laser Pulse and a Longitudinal Electric Field
结果表明，当激光脉冲和纵向电场通过非尾场机制与电子相互作用时，可以产生动量超过$m_eca_0^2/2$“自由电子”极限的电子.该机制包括两个阶段：电子退相率$γ-p_x/m_ec$的电场的加速区和电子加速由激光通过洛伦兹力的减少。原则上，这种机制可以产生纵向动量是$m_eca_0^2/2$的显著倍数的电子。一个相对简单的激光等离子体相互作用的二维PIC模拟表明，产生的superponderomotive电子的强烈影响，这种“反退相”机制。
2013-06-28 physics.plasm-ph
Electron Dynamics in a Wakefield Accelerator Driven by Laser Pulses Carrying Orbital Angular Momentum
University of Michigan（密歇根大学）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；University of Oxford（牛津大学）；University of Alberta（阿尔伯塔大学）
研究利用携带轨道角动量（OAM）的激光脉冲驱动激光尾场加速，实验获得双束流结构电子束，模拟揭示螺旋电子轨迹，为优化紧凑型激光加速器束流结构提供新途径。
2026-08-31 physics.plasm-ph
Modelling of pulse train generation for resonant laser wakefield acceleration using a delay mask
提出了一种适用于共振多脉冲电离注入的由单个高能超短脉冲产生训练脉冲串的新方法。该方法基于脉冲的不同横向部分被“掩模”延迟，该掩模被分成具有不同厚度的同心区域，以便传递多个激光脉冲。掩模被放置在最后一个聚焦抛物线之前。掩模中间的一个孔允许原始脉冲的一部分通过以驱动电子注入。本文提出了一个完整的数值模拟这种计划。特别是，我们讨论了从掩模出现的脉冲的空间和时间分布，以及它们如何与每个部分的半径和厚度相关。
2018-02-02 physics.acc-ph physics.plasm-ph
High Repetition-Rate Wakefield Electron Source Generated by Few-millijoule, 30 femtosecond Laser Pulses on a Density Downramp
报道了利用亚太瓦功率激光器，将脉冲能量仅为8mJ的30 fs激光脉冲紧紧聚焦在100 μm尺度气体靶上，实现激光尾流场电子加速的实验研究。实验以前所未有的0.5 kHz重复率进行，允许“实时”优化加速器参数。良好的准直和稳定的电子束与准单能峰超过100千电子伏的测量。粒子在细胞模拟显示出良好的协议与实验结果，并建议一个加速机制的基础上的电子捕获的密度下降，由于随时间变化的相速度的等离子体波。
2012-04-28 physics.acc-ph physics.plasm-ph
The self-injection threshold in self-guided laser wakefield accelerators
激光脉冲通过等离子体可以激发大振幅的等离子体波，可以用来在很短的距离内加速相对论电子束-一种称为激光尾波场加速的技术。许多尾流场加速实验依赖于破波或自注入的过程，将电子注入到波中，而其他注入技术则依赖于没有自注入的操作。我们提出了一个实验研究的参数，包括脉冲能量，焦斑质量和脉冲功率，决定是否尾场加速器将自注入。通过考虑自聚焦和脉冲压缩的过程，我们能够扩展先前描述的理论模型，其中捕获所需的最小气泡尺寸不是恒定的，而是随密度缓慢变化，并且与该模型非常一致。
2012-01-05 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Injection induced by coaxial laser interference in laser wakefield accelerators
提出了一种利用同轴激光脉冲干涉产生高质量光束的新注入方案。在该方案中，相对松散聚焦的激光脉冲驱动等离子体尾场，并且具有相似强度的紧密聚焦的激光脉冲触发干涉环图案，该干涉环图案在等离子体尾场中产生洋葱状的多鞘层。由于紧聚焦激光的聚焦位置后波前曲率的变化，尾流场的最内层鞘层膨胀，这减慢了尾流场的有效相速度并触发等离子体电子的注入。粒子在细胞模拟表明，高品质的电子束具有低的能量扩散（每轧机几个），高电荷（百皮库仑）和小发射度（亚毫米毫弧度），同时可以产生适当选择的两个激光器之间的相位差使用适度的激光参数。
2022-05-24 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Prompt acceleration of the $μ^+$ beam in a donut wakefield driven by a shaped Laguerre-Gaussian laser pulse
最近的反常磁矩实验数据有力地表明了标准模型之外新物理的存在。高能$μ^+$束是中微子工厂、未来μ子对撞机和$μ$ SR（自旋旋转、共振和弛豫）技术的潜在选择。提出了一种在成形拉盖尔-高斯（LG）激光脉冲驱动下环形尾场中对$μ^+$光束的瞬时加速方案。圆环尾场的前向部分可以有效地加速和聚焦正粒子束。LG激光器由近临界密度等离子体成形。整形后的LG激光器上升时间短，加速场大。由整形LG激光脉冲驱动的加速场是由正常LG激光脉冲驱动的加速场的6倍。模拟结果表明，在几皮秒的时间内，$ μ^+$束团可以从$200\mathrm{MeV}$加速到2GeV，并且$μ^+$束团的横向尺寸也从初始的$ω_0=5μm$聚焦到$ω=1μm$.
2021-05-05 physics.acc-ph physics.plasm-ph
3D PIC simulation and theoretical modeling of RF Laser pulse in magnetized plasma for the generation of multidimensional relativistic Wakefields
本研究通过3D电磁粒子模拟扩展自洽理论框架，探讨横向射频激发下磁化等离子体中相对论电子束驱动的尾波场调制，揭示磁场与射频共同作用对尾波场的放大、重塑及约束稳定作用，明确多参数对尾波场特征的影响规律。
2025-11-12 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Bright dual-pulse betatron X-ray generation from a laser wakefield accelerator
Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）；Zhengzhou University（郑州大学）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；Tsinghua University（清华大学）
该研究基于密度定制气体混合靶，通过电离诱导与激波前沿触发注入产生双电子束团，实验实现每发10^10光子的高通量双脉冲贝塔tron X射线源，为实验室超快X射线光谱学提供紧凑型方案。
2026-08-19 physics.plasm-ph
Synergistic Laser Wakefield/Direct Laser Acceleration in the Plasma Bubble Regime
提出了激光尾流场/直接激光等离子体混合加速器的概念。在激光脉冲产生的等离子体泡内经历共振电子感应加速器振荡的相对论电子通过直接从激光脉冲及其等离子体尾流获得能量而被加速。自注入等离子体电子的所得分叉相空间包含经历超过标准一维极限的尾流场加速的群体，这是因为其运动的多维性质减少了电子与尾流之间的相位滑移。
2014-12-22 physics.plasm-ph
Radiation emission in laser-wakefields driven by structured laser pulses with orbital angular momentum
高强度X射线源是非常宝贵的工具，使实验处于我们对材料科学、化学、生物学和物理学理解的最前沿。激光等离子体电子加速器是高强度X射线的来源，因为在尾场中加速的电子由于电子感应加速器振荡而发射短波长辐射。虽然已经展示了使用这些电子感应加速器源的相衬成像等应用，但其他应用将需要更高的光子数，并将受益于增加的可调谐性。在本文中，我们证明，通过详细的三维模拟，一种新的配置的激光尾场电子感应加速器源，增加了能量的X射线发射，也提供了更大的灵活性，在调整的X射线光子能量。这是通过结合两个拉盖尔-高斯脉冲与非零净轨道角动量，导致旋转的强度图案，因此，驱动尾场。由激光旋转驱动的螺旋运动被发现占主导地位的辐射发射，而不是电子感应加速器振荡。此外，这种螺旋运动的半径可以通过激光光斑尺寸和轨道角动量指数来控制，这意味着辐射可以完全独立于等离子体参数进行调谐。
2018-10-16 physics.plasm-ph
Effect of the frequency chirp on laser wakefield acceleration
研究了激光尾波场加速器中激光频率啁啾的作用。我们表明，在线性制度，激光脉冲长度的演变是由频率啁啾的影响，和正（负）啁啾压缩（拉伸）激光脉冲，从而增加（减少）的峰值矢量势和尾场振幅。在熄灭机制中，频率啁啾可用于微调激光器前部的局部蚀刻速率。在我们的模拟中，啁啾激光脉冲可以导致15%以上的自陷电子，和10%以上的峰值能量相比，变换限制脉冲。啁啾可以用来控制尾流的相速度，并放松激光器前端的自导引条件。我们的预测证实了多维粒子在细胞模拟与OSIRIS。
2011-12-19 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Dephasingless laser wakefield acceleration in the bubble regime
本研究针对激光尾场加速器的失相能量限制问题，提出采用时空结构化激光脉冲实现泡状区长距离无失相加速，模拟验证了其加速效果并预测了更高能量下的增益潜力，为小型化高能加速器提供新方案。
2023-08-25 physics.acc-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Wakefield generation in magnetized plasmas
我们认为尾场产生的电磁脉冲传播垂直于一个强磁场的等离子体中，在该制度的电子回旋频率等于或大于等离子体频率。PIC模拟表明，对于中等的磁场强度以前的结果再现，和尾场波数谱有一个明确的峰值在反向趋肤深度。然而，当回旋频率明显大于等离子体频率时，尾场谱变得宽带化，同时驱动脉冲的损失率大大增加。一组方程的标量和矢量势再现这些结果的推导，仅使用弱非线性相互作用的假设。
2011-02-03 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
Synchrotron radiation from a curved plasma channel laser wakefield accelerator
在弯曲的等离子体通道中引导的激光脉冲可以激发尾场，该尾场使电子沿着拱形轨迹转向。当电子沿着弯曲的通道加速时，它们发射出同步辐射。我们提出了简单的分析模型和模拟研究激光脉冲引导，尾场产生，电子转向，和同步辐射在弯曲的等离子体通道。对于实验上可实现的参数，~ 2GeV的电子每厘米发射0.1个光子，平均光子能量为多个keV。
2016-11-02 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Enhanced Terahertz Emission from the Wakefield of CO2 Laser-Created Plasma
本研究通过PIC模拟探究CO₂激光与氦气靶作用产生太赫兹的机制，发现自调制激光尾场下激光自调制等效应可大幅提升太赫兹效率，确定了产生数百GV/m强太赫兹的有利参数区间。
2024-05-21 physics.plasm-ph
Measurement of the decay of laser-driven linear plasma wakefields
本文首次实验测量超短激光在氢、氘等离子体中激发的线性 Langmuir 波寿命，并通过二维粒子模拟验证，为 LWFA 与 MP-LWFA 发展提供依据。
2023-06-10 physics.plasm-ph
Ultrafast Pulse Radiolysis Using a Terawatt Laser Wakefield Accelerator
我们报告的第一个超快脉冲辐解瞬态吸收光谱测量从太瓦超快高场设施（TUHFF）在阿贡国家实验室。TUHFF拥有一个20 TW的钛：蓝宝石激光系统，使用激光尾场加速产生10 Hz的2.5 nC亚皮秒脉冲的多MeV电子。该系统已专门优化为动力学测量的泵探测方式。这需要对许多发射进行平均，这需要稳定、可靠地产生电子脉冲。后者被用来产生过量的电子在脉冲辐解液态水和高氯酸的浓溶液。酸性溶液中的水合氢离子与水合电子反应，导致在皮秒时间尺度上在800 nm处的瞬态吸光度的快速衰减。几皮秒的时间分辨率已被证明。电流时间分辨率主要由样品的物理尺寸和检测灵敏度决定。亚皮秒时间分辨率可以通过使用更薄的样品、更灵敏的检测技术和改进的电子束质量来实现。
2006-08-09 physics.ed-ph physics.plasm-ph
Laser wakefield acceleration by petawatt ultra-short laser pulses
超短（约30 fs）拍瓦激光脉冲在稀薄等离子体（电子密度为10^{17}/cm ^3量级）中以宽焦斑（约100微米）聚焦，激发非线性等离子体尾场，该尾场可以将注入的电子加速到GeV能量，而不会产生任何脉冲通道效应。在此条件下，相对论自聚焦超临界功率激光脉冲的传输与真空中的传输几乎相同。非线性准平面尾流等离子体波的振幅和相速度沿激光路径变化，有效地捕获和加速注入的电子具有很宽的初始能量范围。沿着两个瑞利长度（大约8厘米）加速的电子可以获得高达1 GeV的能量。特别是，从相当长的（330 fs量级）1 MeV粒子的非共振电子束捕获的电子最终形成具有900 MeV范围内的能量和约10%的能量扩散的低发射度聚束。所有这些结论都来自于利用完全相对论时间平均粒子程序WAKE在圆柱形几何中进行的二维模拟。
2004-09-27 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Laser wakefield driven generation of isolated CEP-tunable intense sub-cycle pulses
强烈的超短电磁脉冲源使阿秒脉冲产生、固体中电子运动的控制以及在电子水平上观察反应动力学等应用成为可能。对于这样的应用，高强度和载波包络相位~（CEP）的可调谐性是有益的，但很难获得与现有的方法。在这项工作中，我们提出了一个新的方案，用于产生隔离的CEP可调谐的强烈的子周期脉冲的中心频率范围从中红外到紫外线。它利用强激光脉冲驱动等离子体中的尾流，与长波长种子脉冲共同传播。尾流的移动电子密度尖峰放大种子并形成子周期脉冲。控制种子脉冲的CEP或驱动器和种子之间的延迟导致CEP可调谐性，而频率可调谐性可以通过调节激光器和等离子体参数来实现。我们的2D和3D粒子模拟预测激光到子周期脉冲的转换效率高达1%，从而产生相对论强度的子周期脉冲。
2020-11-17 physics.optics physics.plasm-ph
Dynamics of the wakefield of a multi-petawatt, femtosecond laser pulse in a configuration with ultrarelativistic electrons
在非磁化等离子体中，由多拍瓦，飞秒，煎饼形状的激光脉冲的尾场激发的解析和数值描述的制度与超相对论电子抖动速度，当等离子体电子几乎被驱逐出脉冲区域。这是第一次在流体理论中实现。设计了一种新颖的数学模型，与使用激光场包络和有质动力引导中心平均的标准方法相反，该模型不会因非常强的泵浦强度而崩溃。这是通过采用三个时间尺度的描述来实现的，其中中间尺度与电磁波的非线性相位以及其波前的弯曲相关联。脉冲的演变和它的静电尾流的研究，在一个二维的几何形状，与斑点直径\geq 100微米的数值解。它表明，最佳的初始脉冲长度需要略大于1微米（1-2振荡），建议由简单的分析本地估计，因为非本地等离子体响应往往会拉伸非常短的脉冲。
2014-07-30 physics.plasm-ph
Electron source based on emergence of self-injected electron bunch at plasma wakefield excitation by a TW laser pulse
本文通过模拟数十毫焦、1-2太瓦激光脉冲激发等离子体尾场，研究均匀与高斯等离子体轮廓对自注入电子束能量的影响，证明可产生相对论性自注入束团，作为电子源用于激光加速实验。
2024-09-20 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Electron Acceleration in a Flying-Focus Laser Wakefield Accelerator
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）
本文研究飞焦点激光等离子体加速器中电子加速问题，通过优化等离子体波场传播速度来提高电子能量，利用光子粒子模拟验证了飞焦点方案对相位失真的部分抑制效果。
2026-04-07 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Multi-Pulse Laser Wakefield Acceleration: A New Route to Efficient, High-Repetition-Rate Plasma Accelerators and High Flux Radiation Sources
激光驱动的等离子体加速器可以产生比射频加速器大三个数量级的加速梯度，并且在厘米长的级中实现了超过1 GeV的束能量。然而，等离子体加速器的脉冲重复率和壁插效率受到驱动激光的限制，分别小于约1 Hz和0.1%。在这里，我们调查的前景激发等离子体波与列车的低能量激光脉冲，而不是一个单一的高能量脉冲。以这种方式共振激发尾流场将使得能够使用不同的技术，例如光纤或薄盘激光器，其能够以数千赫兹的脉冲重复率操作，并且壁插效率比当前激光系统高两个数量级。我们概述了高效的，GeV级，10 kHz等离子体加速器的参数，并表明它们可以驱动紧凑的X射线源，其平均光子通量与第三代光源相当，但具有显着提高的时间分辨率。同样地，自由电子激光操作可以以可比的峰值功率驱动，但具有比现存的自由电子激光大得多的重复率。
2014-01-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Observation of Laser Power Amplification in a Self-Injecting Laser Wakefield Accelerator
本文报道了强驱动激光尾场加速器中驱动激光脉冲的损耗和功率放大。传输的脉冲能量和时间形状的同时测量表明，在$0.9 \times 10^{18}$ cm $^{-3}$的等离子体密度中传播13 mm后，峰值功率从$187 \pm 11$ TW增加到$318 \pm 12$ TW的最大值。功率放大与电子在非线性尾流场中的注入和加速有关。这个过程是通过包括本地化的红移和随后的群延迟色散在激光脉冲前沿建模。
2018-06-21 physics.plasm-ph
