Gamma-Ray Flash in the Interaction of a Tightly Focused Single-Cycle Ultraintense Laser Pulse with a Solid Target
我们采用$λ^3$制度，其中近单周期激光脉冲被紧密聚焦，从而在一定的激光功率下为最小能量提供最高可能的强度。用三维粒子模拟方法研究了超强激光与固体靶相互作用过程中的量子电动力学过程，揭示了大量$γ$光子和正负电子对的产生.激光偏振，目标厚度和电子数密度的参数研究表明，径向偏振激光提供了最佳的制度为$γ$ -光子产生。通过在1至300拍瓦范围内改变激光功率，我们发现激光与$γ$ -光子能量转换效率的比例关系。利用蒙特卡罗模拟进一步研究了激光产生的$γ$ -光子与高Z靶的相互作用，揭示了电子-正电子对的产生和放射性核素的产生。
2021-09-23 physics.plasm-ph
Generation of ten kilotesla longitudinal magnetic fields in ultraintense laser-solenoid target interactions
研究了超强激光脉冲辐照螺线管靶产生的纵向强磁场。通过三维粒子模拟，在超强激光与螺线管靶相互作用中，可以观察到高达10千特斯拉的纵向磁场。这一发现与螺线管靶中的快速和返回电子流有关。巨大的纵向磁场对于许多重要的应用是令人感兴趣的，这些应用包括控制用于医疗的激光驱动高能粒子的发散、惯性聚变中的快速点火等，作为一个例子，利用螺线管靶实现了良好聚焦和约束的定向电子束。
2018-03-19 physics.optics physics.plasm-ph
In Situ Characterization of Ultraintense Laser Pulses
提出了一种用相对论电子束探测强激光脉冲的方法。在一个非常高能量的$γ$辐射的初始爆发之后，电子在离开场时继续发射一系列阿秒持续时间的X射线脉冲。这些闪光提供了关于相互作用的详细信息，使我们能够确定激光脉冲的特性：这是目前超高强度激光系统面临的挑战。
2018-11-17 hep-ph physics.plasm-ph
Kinematic Constraints on Absorption of Ultraintense Laser Light
我们推导出固体对超强激光吸收的上限和下限，作为激光和等离子体基本参数的函数。这些限制自然出现从约束优化技术应用到激光固体相互作用作为一个强驱动的，相对论的，两个自由度的Maxwell-Vlasov系统的推广。我们证明了极值和相空间平均吸收必须总是随强度增加，并且当$10^{18} < I_L \ λ_L^2 < 10^{20}$ W $μ$ m $^2/$ cm $^{2}$时增加最快。我们的研究结果表明，基本的经验趋势增加分数吸收与辐照度，因此反映了潜在的相空间约束。
2013-11-12 physics.optics physics.plasm-ph
Ultrarelativistic polarized positron jets via collision of electron and ultraintense laser beams
相对论性自旋极化正电子束是未来正负电子对撞机高精度检验现代高能物理理论所不可缺少的。然而，目前的技术需要非常大规模的设施进行这些实验。提出了一种利用现有激光场产生超相对论极化正电子束的新方法。为此，在量子辐射主导的情况下，研究了超强激光脉冲与超相对论电子束单次相互作用中，通过多光子Breit-Wheeler对产生极化正电子的过程及其自旋动力学.一个专门定制的小椭圆率的激光场，以促进分裂的偏振粒子沿短轴的激光偏振成两个相反的偏振光束。尽管存在辐射去极化，但可以在数十飞秒内产生具有高达约90%极化的密集正电子束。这种方法最终可能会将高能物理研究引入较小规模的激光实验室。
2019-05-29 physics.plasm-ph
Effect of ion mass on pair production in the interaction of an ultraintense laser with overdense plasmas
用粒子模拟方法研究了超强激光与稠密等离子体相互作用中离子质量对电子对产生的影响。结果表明，离子质量越大，所激发的静电场越高，越宽，这是后向光子数增加的原因。由于后向光子与入射激光的正面碰撞增加，对产额也得到加强。通过对各粒子种类的密度演化和角度分布的考察，进一步阐明了电子对产额增强的起源。
2016-05-22 physics.plasm-ph quant-ph
Spin polarization of electrons by ultraintense lasers
在强磁场中，超相对论电子或正电子在辐射时会经历自旋翻转跃迁，优先在一个方向上自旋极化--索科洛夫-捷尔诺夫效应。在这里，我们表明，这种效果可以发生非常迅速（在小于10 fs），在高强度（$I\gtrsim10^{23}$ W/cm $^{2}$）激光物质相互作用，导致高度的电子自旋极化（70%-90%）。
2017-10-11 hep-ph physics.plasm-ph
Dynamics and control of the expansion of finite-size plasmas produced in ultraintense laser-matter interactions
电子动力学的强烈影响提供了通过适当地成形激光脉冲来控制激光产生的等离子体的膨胀的可能性。提出了一种简单的辐照方案，以定制大氘团簇的爆炸，诱导形成冲击结构，能够驱动核聚变反应。这种情况已经彻底调查，诉诸二维和三维粒子在细胞模拟。此外，在球形纳米等离子体的无碰撞膨胀过程中的离子和电子的复杂的动力学已被详细地使用自洽遍历动力学模型进行了分析。这项研究阐明了从流体力学的库仑爆炸制度。
2007-01-10 physics.plasm-ph
Relativistic Self-Induced Transparency Effect During Ultraintense Laser Interaction with Overdense Plasmas: Why It Occurs and Its Use for Ultrashort Electron Bunch Generation
对超强激光与过密等离子体相互作用中的相对论自感透明效应提出了一种新的解释。我们研究了它的分析和验证直接建模PIC和动力学方程模拟。在此基础上，提出了一种产生飞秒量级超短高能电子束团的方法，并进行了数值模拟研究
2008-10-22 physics.optics physics.plasm-ph
Production of polarized particle beams via ultraintense laser pulses
高能自旋极化电子、正电子和$γ$ -光子束在材料性质、原子核结构、粒子物理和高能天体物理的研究中有着重要的应用。因此，这种偏振光束的有效产生吸引了广泛的研究兴趣。这主要是由于超短和超强激光技术的快速发展。当前可用的激光脉冲可以实现在$10^{22}-10^{23}$ Wcm $^{-2}$范围内的峰值强度，其中脉冲持续时间为数十飞秒。在一定强度的激光场中，粒子的动力学行为由量子电动力学（QED）控制，相互作用机制已达到非线性多光子吸收（强场QED过程）所跨越的范围。在强场QED过程中，散射截面明显依赖于粒子的自旋和极化，而自旋相关的光子发射和辐射反应效应可以用来产生极化粒子。超强激光驱动的偏振粒子源具有高亮度、体积小等优点，为许多领域的研究开辟了道路。在这项工作中，我们简要地回顾了强场QED过程中的偏振效应的研究的开创性的结论，以及最近的建议，通过激光束或激光等离子体相互作用的偏振粒子的生产所取得的进展。
2022-05-06 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
Photon emission by bremsstrahlung and nonlinear Compton scattering in the interaction of ultraintense laser and plasmas
通过将韧致辐射和蒙特卡罗算法结合到粒子模拟程序中，可以同时比较研究激光等离子体相互作用中的韧致辐射和非线性康普顿散射。对不同强度的激光与低$Z$或高$Z$靶相互作用进行了模拟。比较了韧致辐射和非线性康普顿散射产生的双光子辐射的相对强度。结果表明，当超强激光与厚度较大的$Z$靶相互作用时，非线性康普顿散射占主导地位，而当激光强度为$I < 10^{22} \mathrm{W/cm^2}$时，韧致辐射贡献的光子发射与非线性康普顿散射贡献的光子发射相当。在这种情况下，需要重新考虑韧致辐射的通常可解释性。
2016-12-22 physics.plasm-ph
Generation-Resolved Signatures in QED Cascades: Diagnostics for Ultraintense Laser Parameters
Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）
本研究开展超强激光与GeV电子束对撞引发的QED级联的代分辨分析，通过追踪级联各代演化的蒙特卡洛模型，发现辐射反应抑制高产额、正电子能谱随参数软化等规律，建立标度关系，提出用可观测参量诊断激光强度与脉宽的新方法。
2026-08-05 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
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
Seedless magnetic field generation via ultraintense laser irradiation of an aluminum tetrafoil
本文通过二维 EPOCH 模拟研究超强激光辐照铝四叶靶的无种子磁场生成，发现其磁场强度可与带 10kT 种子的微管内爆相当，且组合靶能维持更高磁场与磁通量。
2025-05-09 physics.plasm-ph
Weibel-instability-mediated collisionless shocks in laboratory with ultraintense lasers
采用\emph{ab initio}多维粒子模拟方法，研究了实验室中强激光作用下非相对论性无碰撞激波的形成。微观物理背后的冲击形成和耗散，以及详细的冲击结构进行了分析，说明了韦伯不稳定性在产生强的次均质磁场，各向同性的传入流，并导致形成一个无碰撞的冲击，类似于发生在天体物理的情况下，起着至关重要的作用。在实验室中产生这种无碰撞冲击的可能性为直接研究与天体物理冲击有关的物理开辟了道路。
2012-04-26 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Spin-polarization effects of an ultrarelativistic electron beam in an ultraintense two-color laser pulse
在量子辐射占优的情况下，研究了超相对论电子束与超强双色激光脉冲正面碰撞的自旋极化效应。我们采用蒙特卡罗方法，来自最近的工作[物理学评论快报。{ \bf 122}，154801（2019）]，以计算局部恒定场近似下的自旋分辨电子动力学和光子发射。我们发现，由于非对称的场强，双色激光场的相邻半周期内的电子辐射几率基本上是不对称的，因此，在现有的激光装置上，电子束相互作用后，由于辐射自旋效应，可以获得约11%的总极化和高达约63%的部分极化，其可用于高能物理和核物理。此外，所考虑的效果被证明是至关重要的确定的双色激光场的相对相位和鲁棒性相对于其他激光和电子束参数。
2019-05-02 physics.comp-ph physics.optics physics.plasm-ph
Identification of coupling mechanisms between ultraintense laser light and dense plasmas
强激光与固体靶上产生的等离子体相互作用涉及到丰富的非线性物理过程。由于这种致密的等离子体对激光具有反射性，因此与入射光束的耦合发生在等离子体与真空之间的界面处的薄层内。用于理解这种耦合的主要范例之一，被称为Brunel机制，预计仅对非常陡峭的等离子体表面有效。尽管有无数的研究，它的有效性范围仍然不确定，更平滑的等离子体-真空界面所涉及的物理学也不清楚，特别是对于激光强度。我们报告的第一个全面的实验和数值研究的激光等离子体耦合机制作为等离子体界面陡度的函数，在相对论相互作用制度。我们的研究结果揭示了一个明确的过渡，从时间周期的Brunel机制的混沌动力学与随机加热。通过揭示这两个不同的制度对实验观测的关键签名，我们提供了一个重要的里程碑，为未来的实验解释。
2018-09-11 physics.plasm-ph
10$^4$-fold amplification of a tiny magnetic field to megagauss scale in femtosecond, ultraintense laser-solid interaction
本研究利用超强飞秒激光与钕磁铁固体相互作用，将10$^{-3}$兆高斯弱磁场放大至数十兆高斯，并通过PIC模拟揭示轴向磁场放大的发电机机制。
2025-05-13 physics.plasm-ph
Synchrotron emission from nanowire-array targets irradiated by ultraintense laser pulses
我们提出了一个数值研究，基于二维粒子模拟，同步辐射诱导的飞秒激光脉冲强度$I=10^{21}-10^{23}\,\mathrm{Wcm}^{-2}$与纳米线阵列的相互作用过程中。通过广泛的参数扫描的目标参数，我们确定和表征几个占主导地位的辐射机制，主要取决于由导线膨胀产生的等离子体的透明度或不透明度。在$I=10^{22}\,\mathrm{Wcm}^{-2}$，对于$36-50\,\mathrm{nm}$线宽度和$1\,μ\mathrm{m}$间隔，高能（$>10\,\mathrm{keV}$）光子的发射达到$\sim 10\%$的最大转换效率。这种最大辐射产率与相同平均（亚固体）密度的均匀等离子体中实现的最大辐射产率相似，但纳米线阵列在更广泛的参数范围内提供了有效的辐射源。我们研究了光子谱随激光强度和金属丝材料的变化。最后，我们证明了在纳米线阵列的背面添加等离子体反射镜可以进一步提高辐射效率。
2018-06-06 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
Synchronized ion acceleration by ultraintense slow light
本文提出了一种有效的同步激光触发离子加速方案和相应的理论模型，用于研究相对论强度的慢光脉冲穿透近临界密度等离子体后，在靶内传播过程中，其群速度大大减慢并随之增大。三维PIC模拟证实了这一概念的质子加速飞秒拍瓦级激光脉冲经历相对论自聚焦，量化所产生的质子的特性，并证明了显着增加的能量相比，从优化的固体致密箔产生的质子能量。
2015-10-12 physics.plasm-ph
Proton acceleration by a pair of successive ultraintense femtosecond laser pulses
研究了相对论强度的超短脉冲激光辐照薄铝靶时靶鞘层法向质子加速度。对于相同的激光脉冲和目标厚度为3和6 $μ$米，我们观察到实验的第二个脉冲提升的最大能量和电荷的质子束产生的第一个脉冲的时间延迟低于$\sim0.6-1$ ps。通过使用二维粒子模拟的细胞，我们检查相对于两个脉冲之间的时间延迟的质子能谱的变化。我们证明了由第一脉冲引起的靶前表面的膨胀显著增强了由几百fs时间延迟后到达的第二脉冲产生的热电子。然而，一旦三维猝灭效应开始，这种增强不足以进一步加速第一个脉冲驱动的最快质子。这意味着一个限制的最大时间延迟，导致质子能量增强，我们理论上确定。
2018-02-20 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
Interaction of ultraintense radially-polarized laser pulses with plasma mirrors
本文介绍了利用径向偏振激光脉冲与等离子体镜相互作用实现真空激光加速电子的实验结果。由于强纵向电场的存在，紧密聚焦的径向偏振激光脉冲已被提出用于电子加速，这使得它们成为VLA的理想选择。然而，到目前为止，实验结果受到限制，因为将电子注入激光场仍然是一个相当大的挑战。在这里，我们通过实验证明，使用等离子体镜作为注入器解决了这个问题，并允许在激光的理想相位注入电子，导致电子沿激光传播方向的加速，同时减少电子束发散相比，线性偏振的情况下。我们得到电子束与几兆电子伏的能量和200 pC的电荷，从而证明了第一次使用径向偏振激光电子加速到相对论能量。从等离子体表面产生的高次谐波也进行了测量，并提供了额外的洞察注入到激光场的电子后，其在等离子体镜上的反射。实验结果和完整的3D模拟之间的详细比较揭示了电子注入和加速在这个新的制度的复杂的物理：我们发现，电子注入到径向极化脉冲的形式，两个空间分离的聚束发射的p-极化区域的焦点。最后，我们利用这项研究所带来的洞察力，提出并验证了一个更优化的实验配置，可以导致极端峰值的电子角分布和更高的能量束。
2020-04-07 physics.plasm-ph
Radiation Pressure Acceleration by Ultraintense Laser Pulses
高强度激光脉冲与固体靶相互作用产生的短脉冲、多MeV离子束的未来应用将需要在转换效率、峰值离子能量、束单色性和准直性方面进行改进。基于辐射压力加速（RPA）的方案可能是在辐射强度下的主导方案，并且最适合于特定应用。由于快速电子产生的抑制，使用圆偏振（CP）脉冲的当前强度已经可以达到该制度，使得RPA在任何强度下都主导鞘加速。我们提出了一个简短的回顾，以前的工作RPA与CP脉冲和一些最近的结果。在一维参数的研究，以确定RPA的最佳厚度的箔目标，并研究短scalelength预等离子体的效果。三维模拟显示了“平顶”径向强度分布对尽量减少薄目标的稀疏和解决角动量守恒和吸收问题的重要性。
2008-08-06 physics.comp-ph 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
Solitary versus Shock Wave Acceleration in Laser-Plasma Interactions
用数值模拟的方法研究了超强激光与稠密等离子体相互作用中激发非线性静电波（如激波和孤子）以及由此产生的离子加速问题。孤子的稳定性和激波的形成强烈地依赖于离子的速度分布。离子谱中的单能成分是由孤立波的"脉冲"反射产生的。可能的相关性，最近的实验“冲击加速”进行了讨论。
2011-11-28 physics.plasm-ph
Stochasticity in radiative polarization of ultrarelativistic electrons in an ultrastrong laser pulse
本文研究了量子辐射反应体系中，反向传播的超强聚焦激光脉冲辐射光子时，超相对论电子束自旋（去）极化的随机性效应。我们采用蒙特卡罗方法来描述电子动力学的半经典，光子发射以及电子辐射极化量子力学。而在后者的光子发射本质上是随机的，我们能够确定其印记相比，新开发的半经典随机性自由的方法适用于量子制度的辐射偏振。对于初始自旋极化的电子束，在退极化度对电子散射角和电子最终能量（自旋随机扩散）的依赖性中可以看到随机自旋效应。对于初始未极化的电子束，自旋随机性表现为增强了椭圆偏振激光脉冲沿传播方向将电子束分裂成两个相反偏振部分的已知效果。所考虑的随机性效应的自旋是可观察到的，目前可实现的激光和电子束参数。
2020-03-25 physics.plasm-ph
Achieving High Polarization of Photons Emitted by Unpolarized Electrons in Ultrastrong Laser Fields
针对非极化电子难以产生高极化γ射线的难题，提出借助真空二向色性效应通过非线性康普顿散射产生高极化γ射线的方法，模拟显示单次作用可获极化度超90%的高亮度γ射线，兼具全光学装置优势，应用潜力大。
2024-04-11 physics.plasm-ph
Self-triggered strong-field QED collisions in laser-plasma interaction
提出利用单个激光脉冲在等离子体中自聚焦并反射后与电子碰撞的新方案，实现强场QED深量子区域并产生约40 pC正电子。
2024-08-23 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Quantum-stochasticity-induced asymmetry in angular distribution of electrons in a quasi-classical regime
在准经典条件下，研究了量子随机性对超相对论电子束与线偏振超强激光脉冲正面碰撞动力学的影响。一般情况下，即使在激光脉冲的有质动力作用下，电子束的角分布也保持横向对称。在这里，我们表明，当初始角发散$Δθ_i \lesssim 10^{-6} a_0^2$与$a_0$是归一化的激光场振幅，电子束的非对称角分布出现由于量子随机效应，通过模拟分别采用Landau-Lifshitz，量子修改的Landau-Lifshitz方程，量子随机辐射反应形式来描述辐射电子动力学。的不对称性是强大的对各种激光和电子参数，提供了一个实验可检测的签名的性质与激光和电子束的光子发射的量子随机性。
2020-06-15 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
Probing non-perturbative QED with electron-laser collisions
绝大多数QED结果是在相对弱的场中得到的，因此是在微扰理论的框架内得到的。然而，即将到来的激光设施提供极高的领域可以用来进入尚未研究的制度。在这里，提出了一个计划，可能会被用来达到超临界制度的辐射反应，甚至完全非微扰制度的量子电动力学。该方案考虑了100 GeV级电子束与反向传播的超强电磁脉冲的碰撞。为了达到这些超临界状态，不可避免地使用具有超短持续时间的脉冲。因此，使用二维粒子模拟，示出了如何将下一代光学激光转换为超高强度（$I\approx 2.9\times 10^{24} \text{ W} \, \text{cm}^{-2}$）阿秒（持续时间$\approx$ 150 as）脉冲。结果表明，如果微扰理论在极端场下成立，次级粒子谱可以用半解析方法求得。相反，如果微扰理论破裂，与实验数据的比较可以允许区分高阶辐射校正的贡献。
2019-06-28 hep-ph physics.plasm-ph
Stochasticity effects in quantum radiation reaction
当超相对论电子束与足够强的激光脉冲碰撞时，辐射反应效应可以强烈地改变束动力学。在经典电动力学领域，辐射反应对电子束具有有益的影响，因为它倾向于减少其能量扩散。在这里，我们表明，当量子效应变得重要时，辐射反应引起相反的效应，即，电子束在与激光脉冲相互作用之后展开。我们确定了光子发射的内在随机性，这在全量子制度成为实质性的这种相反的趋势的物理起源。我们的数值模拟表明，预测的随机性的影响，可以测量已经与目前可用的激光器和电子加速器。
2013-01-23 physics.plasm-ph
Unusual face of radiation friction: enhancing production of longitudinal plasma waves
研究了考虑辐射摩擦的超强圆偏振激光脉冲对亚临界等离子体厚层的穿透。我们表明，辐射压力增强辐射摩擦的方向横向的激光脉冲的传播，并为更强和更长的激光脉冲，这种机制占主导地位的普通有质动力压力，从而导致在一个更强的电荷分离比以前预期的。我们估计的效果，并将它们与1D和2D PIC模拟的结果进行比较。
2017-12-01 physics.plasm-ph
Dynamics of Nanometer-Scale Foil Targets Irradiated with Relativistically Intense Laser Pulses
在这封信中，我们报告的高谐波辐射的实验研究中产生的纳米级箔靶照射下的正常入射。实验构成了第一个明确的观察奇数相对论谐波产生的$\vec{v}\times\vec{B}$组件的洛伦兹力验证了长期预测的固体目标谐波的属性。同时，所观察到的谐波光谱允许在实验场景中的目标密度的原位提取，这对于诸如由超强激光的辐射压力的离子加速的应用是最感兴趣的。
2010-09-08 physics.plasm-ph
All-Optical Generation of Dense, Multi-GeV, Longitudinally-Polarized Positron Beams
Xi'an Jiaotong University（西安交通大学）；Northwest Institute of Nuclear Technology（西北核技术研究所）；Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海光学精密机械研究所）；Institute of Physics, CAS（中国科学院物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Songshan Lake Materials Laboratory（松山湖材料实验室）
提出一种集成正电子产生、加速与自旋操控的全光方案，利用QED级联和直接激光加速获得约9 GeV、约50%纵向极化的高产额正电子束。
2025-09-30 physics.acc-ph physics.plasm-ph
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
Vacuum laser acceleration of relativistic electrons using plasma mirror injectors
使用激光在很短的距离内将粒子加速到相对论能量一直是物理学的长期目标。在为电子提出的各种方案中，真空激光加速吸引了相当大的兴趣，并且由于其吸引人的简单性而在理论上得到了广泛的研究：电子与真空中的强激光场相互作用，并且可以连续加速，只要它们保持在给定的场相位，直到它们逃离激光束。但实验证明这种效应极具挑战性，因为它对激光场中电子注入的条件提出了严格的要求。在这里，我们通过使用等离子体镜在超强激光场中注入电子，首次解决了这个长期存在的实验问题，并获得了真空激光加速的明确证据。随着PetaWatt级激光器的出现，该方案可以提供具有竞争力的极高电荷（nC）和超短相对论电子束源。
2015-11-18 physics.plasm-ph
Generation of megatesla magnetic fields by intense-laser-driven microtube implosions
利用超强激光脉冲驱动微管内爆产生超稳磁场。由于激光产生的能量为兆电子伏的热电子，内壁表面的冷离子向中心轴内爆。通过预先注入千特斯拉量级的均匀磁场，洛伦兹力引起内爆离子和电子的拉莫尔回转运动。由于相对论性带电粒子围绕中心轴的集体运动，产生了几十nm大小的~ peta-ampere/cm 2的强自旋电流密度，产生兆级磁场。粒子模拟和一个简单的分析模型揭示了基本的物理和重要的缩放。这一概念有望在基础物理学的许多分支和磁磁场的应用方面开辟新的前沿。
2020-09-02 physics.plasm-ph
Imprint of the stochastic nature of photon emission by electrons on the proton energy spectra in the laser-plasma interaction
在量子辐射占优的情况下，研究了光子发射的随机性效应对激光等离子体相互作用中质子能谱的影响，为实验观测光子发射的随机性效应提供了理论依据.我们通过二维粒子模拟计算光子发射量子力学和等离子体动力学半经典。由超强激光脉冲产生和驱动的超相对论等离子体与另一强激光脉冲正面碰撞，由于辐射反应效应，电子减速，由于电荷分离力，导致质子能谱显著压缩。在所考虑的制度的SE证明在移动的平均能量的质子高达数百兆电子伏。这种效应相对于激光和目标参数是鲁棒的，并且可以在很快可用的强激光设施中测量。
2019-04-19 physics.plasm-ph
Helicity transfer in strong laser fields via the electron anomalous magnetic moment
本文研究了电子束与反向传播的圆偏振超强激光脉冲相互作用过程中的纵向极化，并考虑了电子的反常磁矩.虽然在线性和非线性Compton散射过程中，激光光子到电子束的螺旋度转移被抑制，我们表明螺旋度转移仍然可以通过电子辐射横向极化的中间步骤发生，与驱动场相位匹配，随后由电子的反常磁矩引起自旋旋转到纵向。利用自旋分辨QED蒙特卡罗模拟，我们证明了在飞秒时间尺度内多光子发射后，从激光光子到电子束的螺旋度转移高达10%，以及电子径向极化高达65%。这种效应是可检测的，目前可实现的激光设备，证明了领先的QED顶点校正的作用，电子异常磁矩的极化动力学在超强激光场。
2022-01-13 physics.plasm-ph
Injection and Acceleration of Electrons by Radially Polarized Laser Pulses in a Plasma Channel
University of York（约克大学）
研究通过三维粒子-网格模拟发现，径向极化激光束能显著提高等离子体通道中电子的注入和加速效率，尤其在聚焦几何和极化效应方面具有优势。
2025-12-01 physics.plasm-ph
Polarized ultrashort brilliant multi-GeV $γ$-rays via single-shot laser-electron interaction
在量子辐射主导的非线性Compton散射中，研究了超强激光脉冲与自旋极化反向传播超相对论电子束的单次相互作用产生的圆偏振和线偏振$γ$射线.对于过程模拟的Monte Carlo方法开发，采用电子自旋分辨概率的偏振光子发射。给出了电子极化向高能光子极化转移的有效途径。特别地，利用纵向（横向）自旋极化电子束可以产生极化度高达95%的多GeV CP（LP）$γ$ -射线，其Single Shot光子通量满足最近提出的在超强激光场中测量真空双折射的要求.这种高能量、高亮度、高偏振度的$γ$ -射线对于高能物理学、核物理学和实验室天体物理学中的其他应用也是有益的。
2019-11-27 physics.plasm-ph
Proton beams with controlled divergence and concentrated energy in TNSA regime by USUI laser pulse interaction with a tailored hole-target
利用超短超强（USUI）激光脉冲在靶法向鞘层加速（TNSA）区与孔靶相互作用，研究了一种改进的加速方案，以产生发散角可控、能量密度集中的质子。二维空间和三维速度粒子模拟结果表明，孔靶的剪裁有助于鞘层电场的整形，并在孔内壁产生一个横向准静态电场$TV/m$.横向电场有效地抑制了质子束的横向膨胀，因为它倾向于迫使产生的质子向内聚焦到中心轴，从而与单个普通靶相比，导致受控的发散和集中的能量密度。详细研究了质子束发散角和能量特性与孔深的关系。给出了依赖于入射激光的$a_{0}$的孔深范围的粗略估计。
2015-02-22 physics.plasm-ph
Optimizing Laser Pulses for Narrowband Inverse Compton Sources in the High-Intensity Regime
相对论电子对超强短激光脉冲的散射使人们可以产生大量的X射线或$γ$射线光子，但以牺牲光谱宽度为代价--激光的时间脉冲不可避免地导致相当大的光谱展宽。在这封信中，我们描述了一种简单的方法来产生优化的激光脉冲，补偿非线性光谱展宽，并可以被认为是两个相反的线性啁啾脉冲相对于彼此延迟的叠加。我们建立了一个简单的分析模型，使我们能够预测这样的双脉冲的最佳参数-延迟，啁啾量和相对相位--产生窄带γ射线谱。我们的预测证实了数值优化和模拟，包括3D效果。
2019-02-27 hep-ph physics.acc-ph physics.atom-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
Production of Highly Polarized Positron Beams via Helicity Transfer from Polarized Electrons in a Strong Laser Field
从理论上研究了超强圆偏振激光脉冲与纵向自旋极化超相对论电子束相互作用过程中，通过非线性Breit-Wheeler过程产生高极化正电子束的过程。在局域常场近似下，发展了一种新的采用完全自旋分辨量子几率的蒙特卡罗方法，以考虑强激光场中的三维偏振效应。产生的正电子通过高能光子介质从极化电子转移极化而纵向极化。对于以较小偏转角运动的高能正电子，极化转移效率可以接近100%。这种方法简化了后选择过程，以在进一步的应用中产生高质量的正电子。在可行的情况下，可以在飞秒时间尺度内获得高度极化（$40\%-65\%$）、强（$10^5$ /束$-10^6 $ /束）、准直（$5$ mrad $-70$ mrad）的正电子束。纵向极化正电子源在高能物理和材料科学中有着广泛的应用。
2020-03-02 physics.plasm-ph
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
High-Energy Photon Generation from Self-Organized Plasma Cavities in Field-Enhanced Laser-Preplasma Interactions
本文通过三维粒子模拟发现，超强Nd:glass激光与近临界等离子体相互作用可自组织形成高效γ射线源，光子产额超激光能量20%，适用于光核物理应用。
2025-08-08 physics.plasm-ph
Towards radiation pressure acceleration of protons using linearly polarized ultrashort petawatt laser pulses
利用超强超短激光脉冲加速粒子是相对论激光等离子体研究中最具吸引力的课题之一。我们报告质子/离子加速的强度范围为5x 1019 W/cm 2至3.3x1020 W/cm 2的线性偏振，30 fs，1 PW的激光脉冲照射在10至100 nm厚的聚合物目标。研究了质子能量与强度和靶厚度的关系。实验首次证明，线性偏振光，从目标正常鞘加速到辐射压力加速的过渡，并显示出最大质子能量为45兆电子伏时，10纳米厚的目标是由3.3 × 1020 W/cm 2的激光强度照射。实验结果进一步支持二维和三维粒子细胞模拟。基于推导出的质子能量标度，具有~ 200 MeV能量的质子束在1.5 × 1021 W/cm 2的激光强度下应该是可行的。
2013-04-01 physics.plasm-ph
Anomalous lepton acceleration in the radiation reaction dominated reflection regime
研究发现，松散聚焦超强激光与反向电子作用时，辐射反应可使轻子反射并被不对称场加速至远超初始能量，模拟展示10拍瓦级激光高效产生多GeV准单能正电子，为宇宙射线起源提供新解释。
2025-04-25 physics.plasm-ph
