High Power Laser Science and Engineering, Volume. 12, Issue 3, 03000e28(2024)

Generation of polarized electron beams through self-injection in the interaction of a laser with a pre-polarized plasma

L. R. Yin1, X. F. Li2、*, Y. J. Gu3, N. Cao4, Q. Kong1、*, M. Büscher5,6, S. M. Weng7,8, M. Chen7,8, and Z. M. Sheng7,8,9
Author Affiliations
  • 1Key Laboratory of Nuclear Physics and Ion-beam Application (MoE), Institute of Modern Physics, Department of Nuclear Science and Technology, Fudan University, Shanghai, China
  • 2State Key Laboratory of High Field Laser Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China
  • 3SANKEN (Institute of Scientific and Industrial Research), Osaka University, Osaka, Japan
  • 4Sichuan Research Institute, Shanghai Jiao Tong University, Chengdu, China
  • 5Peter Grünberg Institut (PGI-6), Forschungszentrum Jülich, Jülich, Germany
  • 6Institut für Laser- und Plasmaphysik, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Düsseldorf, Germany
  • 7Key Laboratory for Laser Plasmas (MoE), School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, China
  • 8Collaborative Innovation Center of IFSA, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, China
  • 9Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, China
  • show less
    References(48)

    [1] T. Tajima, J. Dawson. Phys. Rev. Lett., 43, 267(1979).

    [2] E. Esarey, C. Schroeder, W. Leemans. Rev. Mod. Phys., 81, 1229(2009).

    [3] A. J. Gonsalves, K. Nakamura, J. Daniels, C. Benedetti, C. Pieronek, T. C. H. de Raadt, S. Steinke, J. H. Bin, S. S. Bulanov, J. van Tilborg, C. G. R. Geddes, C. B. Schroeder, C. Tóth, E. Esarey, K. Swanson, L. Fan-Chiang, G. Bagdasarov, N. Bobrova, V. Gasilov, G. Korn, P. Sasorov, W. P. Leemans. Phys. Rev. Lett., 122, 084801(2019).

    [4] C. G. R. Geddes, C. Toth, J. van Tilborg, E. Esarey, C. B. Schroeder, D. Bruhwiler, C. Nieter, J. Cary, W. P. Leemans. Nature, 431, 538(2004).

    [5] S. P. D. Mangles, C. D. Murphy, Z. Najmudin, A. G. R. Thomas, J. L. Collier, A. E. Dangor, E. J. Divall, P. S. Foster, J. G. Gallacher, C. J. Hooker, D. A. Jaroszynski, A. J. Langley, W. B. Mori, P. A. Norreys, F. S. Tsung, R. Viskup, B. R. Walton, K. Krushelnick. Nature, 431, 535(2004).

    [6] J. Faure, Y. Glinec, A. Pukhov, S. Kiselev, S. Gordienko, E. Lefebvre, J.-P. Rousseau, F. Burgy, V. Malka. Nature, 431, 541(2004).

    [7] X. M. Wang, R. Zgadzaj, N. Fazel, Z. Y. Li, S. A. Yi, X. Zhang, W. Henderson, Y.-Y. Chang, R. Korzekwa, H.-E. Tsai, C.-H. Pai, H. Quevedo, G. Dyer, E. Gaul, M. Martinez, A. C. Bernstein, T. Borger, M. Spinks, M. Donovan, V. Khudik, G. Shvets, T. Ditmire, M. C. Downer. Nat. Commun., 4, 1988(2013).

    [8] M. H. Cho, V. B. Pathak, H. T. Kim, C. H. Nam. Sci. Rep., 8, 16924(2018).

    [9] J. Osterhoff, A. Popp, Z. Major, B. Marx, T. P. Rowlands-Rees, M. Fuchs, M. Geissler, R. Hörlein, B. Hidding, S. Becker, E. A. Peralta, U. Schramm, F. Grüner, D. Habs, F. Krausz, S. M. Hooker, S. Karsch. Phys. Rev. Lett., 101, 085002(2008).

    [10] A. Buck, J. Wenz, J. Xu, K. Khrennikov, K. Schmid, M. Heigoldt, J. M. Mikhailova, M. Geissler, B. Shen, F. Krausz, S. Karsch, L. Veisz. Phys. Rev. Lett., 110, 185006(2013).

    [11] E. Brunetti, R. P. Shanks, G. G. Manahan, M. R. Islam, B. Ersfeld, M. P. Anania, S. Cipiccia, R. C. Issac, G. Raj, G. Vieux, G. H. Welsh, S. M. Wiggins, D. A. Jaroszynski. Phys. Rev. Lett., 105, 215007(2010).

    [12] R. Weingartner, S. Raith, A. Popp, S. Chou, J. Wenz, K. Khrennikov, M. Heigoldt, A. R. Maier, N. Kajumba, M. Fuchs, B. Zeitler, F. Krausz, S. Karsch, F. Grüner. Phys. Rev. Spec. Top. Accel. Beams, 15, 111302(2012).

    [13] W. P. Leemans, B. Nagler, A. J. Gonsalves, C. Tóth, K. Nakamura, C. G. R. Geddes, E. Esarey, C. B. Schroeder, S. M. Hooker. Nat. Phys., 2, 696(2006).

    [14] G. Mourou, D. Umstadter. Phys. Fluids B: Plasma Phys., 4, 2315(1992).

    [15] S. Bulanov, N. Naumova, F. Pegoraro, J. Sakai. Phys. Rev. E, 58, R5257(1998).

    [16] J. Wang, M. Zeng, D. Z. Li, X. Wang, W. Lu, J. Gao. Matter Radiat. Extremes, 7, 054001(2022).

    [17] A. Pak, K. A. Marsh, S. F. Martins, W. Lu, W. B. Mori, C. Joshi. Phys. Rev. Lett., 104, 025003(2010).

    [18] E. Esarey, R. Hubbard, W. Leemans, A. Ting, P. Sprangle. Phys. Rev. Lett., 79, 2682(1997).

    [19] P. J. Schultz, K. G. Lynn. Rev. Mod. Phys., 60, 701(1988).

    [20] C. Glashausser. Annu. Rev. Nucl. Particle Sci., 29, 33(1979).

    [21] J. R. Danielson, D. H. E. Dubin, R. G. Greaves, C. M. Surko. Rev. Mod. Phys., 87, 247(2015).

    [22] G. Moortgat-Pick, T. Abe, G. Alexander, B. Ananthanarayan, A. A. Babich, V. Bharadwaj, D. Barber, A. Bartl, A. Brachmann, S. Chen, J. Clarke, J. E. Clendenin, J. Dainton, K. Desch, M. Diehl, B. Dobos, T. Dorland, H. K. Dreiner, H. Eberl, J. Ellis, K. Flöttmann, H. Fraas, F. Franco-Sollova, F. Franke, A. Freitas, J. Goodson, J. Gray, A. Han, S. Heinemeyer, S. Hesselbach, T. Hirose, K. Hohenwarter-Sodek, A. Juste, J. Kalinowski, T. Kernreiter, O. Kittel, S. Kraml, U. Langenfeld, W. Majerotto, A. Martinez, H.-U. Martyn, A. Mikhailichenko, C. Milstene, W. Menges, N. Meyners, K. Mönig, K. Moffeit, S. Moretti, O. Nachtmann, F. Nagel, T. Nakanishi, U. Nauenberg, H. Nowak, T. Omori, P. Osland, A. A. Pankov, N. Paver, R. Pitthan, R. Pöschl, W. Porod, J. Proulx, P. Richardson, S. Riemann, S. D. Rindani, T. G. Rizzo, A. Schälicke, P. Schüler, C. Schwanenberger, D. Scott, J. Sheppard, R. K. Singh, A. Sopczak, H. Spiesberger, A. Stahl, H. Steiner, A. Wagner, A. M. Weber, G. Weiglein, G. W. Wilson, M. Woods, P. Zerwas, J. Zhang, F. Zomer. Phys. Rep., 460, 131(2008).

    [23] V. Shiltsev, F. Zimmermann. Rev. Mod. Phys., 93, 015006(2021).

    [24] A. A. Sokolov, I. M. Ternov. Sov. Phys. J., 10, 39(1967).

    [25] S. R. Mane, Yu. M. Shatunov, K. Yokoya. Rep. Prog. Phys., 68, 1997(2005).

    [26] D. Sofikitis, P. Glodic, G. Koumarianou, H. Jiang, L. Bougas, P. C. Samartzis, A. Andreev, T. P. Rakitzis. Phys. Rev. Lett., 118, 233401(2017).

    [27] M. Wen, M. Tamburini, C. H. Keitel. Phys. Rev. Lett., 122, 214801(2019).

    [28] Z. Nie, F. Li, F. Morales, S. Patchkovskii, O. Smirnova, W. An, N. Nambu, D. Matteo, K. A. Marsh, F. Tsung, W. B. Mori, C. Joshi. Phys. Rev. Lett., 126, 054801(2021).

    [29] Z. Nie, F. Li, F. Morales, S. Patchkovskii, O. Smirnova, W. An, C. Zhang, Y. Wu, N. Nambu, D. Matteo, K. A. Marsh, F. Tsung, W. B. Mori, C. Joshi. Phys. Rev. Res., 4, 033015(2022).

    [30] H. C. Fan, X. Y. Liu, X. F. Li, J. F. Qu, Q. Yu, Q. Kong, S. M. Weng, M. Chen, M. Büscher, P. Gibbon, S. Kawata, Z. M. Sheng. New J. Phys., 24, 083047(2022).

    [31] Z. Gong, M. J. Quin, S. Bohlen, C. H. Keitel, K. Põder, M. Tamburini. Matter Radiat. Extremes, 8, 064005(2023).

    [32] S. Bohlen, Z. Gong, M. J. Quin, M. Tamburini, K. Põder. Phys. Rev. Res., 5, 033205(2023).

    [33] T. Sun, Q. Zhao, F. Wan, Y. I. Salamin, J. X. Li. Phys. Rev. Lett., 132, 045001(2024).

    [34] Y. T. Wu, L. L. Ji, X. S. Geng, Q. Yu, N. W. Wang, B. Feng, Z. Guo, W. Q. Wang, C. Y. Qin, X. Yan, L. G. Zhang, J. Thomas, A. Hützen, M. Büscher, T. P. Rakitzis, A. Pukhov, B. F. Shen, R. X. Li. New J. Phys., 21, 073052(2019).

    [35] Y. T. Wu, L. L. Ji, X. S. Geng, Q. Yu, N. W. Wang, B. Feng, Z. Guo, W. Q. Wang, C. Y. Qin, X. Yan, L. G. Zhang, J. Thomas, A. Hützen, A. Pukhov, M. Büscher, B. F. Shen, R. X. Li. Phys. Rev. E, 100, 043202(2019).

    [36] S. Corde, C. Thaury, A. Lifschitz, G. Lambert, K. Ta Phuoc, X. Davoine, R. Lehe, D. Douillet, A. Rousse, V. Malka. Nat. Commun., 4, 1501(2013).

    [37] S. V. Bulanov, F. Pegoraro, A. M. Pukhov, A. S. Sakharov. Phys. Rev. Lett., 78, 4205(1997).

    [38] A. Pukhov, J. Meyer-ter-Vehn. Appl. Phys. B, 74, 355(2002).

    [39] S. Kalmykov, S. A. Yi, V. Khudik, G. Shvets. Phys. Rev. Lett., 103, 135004(2009).

    [40] S. Y. Kalmykov, A. Beck, S. A. Yi, V. N. Khudik, M. C. Downer, E. Lefebvre, B. A. Shadwick, D. P. Umstadter. Phys. Plasmas, 18, 056704(2011).

    [41] F. Y. Li, Z. M. Sheng, Y. Liu, J. Meyer-ter-Vehn, W. B. Mori, W. Lu, J. Zhang. Phys. Rev. Lett., 110, 135002(2013).

    [42] M. K. Weikum, F. Y. Li, R. W. Assmann, Z. M. Sheng, D. Jaroszynski. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A, 829, 33(2016).

    [43] T. D. Arber, K. Bennett, C. S. Brady, A. Lawrence-Douglas, M. G. Ramsay, N. J. Sircombe, P. Gillies, R. G. Evans, H. Schmitz, A. R. Bell, C. P. Ridgers. Plasma Phys. Control. Fusion, 57, 113001(2015).

    [44] L. H. Thomas. Nature, 117, 514(1926).

    [45] X. F. Li, P. Gibbon, A. Hützen, M. Büscher, S. M. Weng, M. Chen, Z. M. Sheng. Phys. Rev. E, 104, 015216(2021).

    [46] J. Thomas, A. Hützen, A. Lehrach, A. Pukhov, L. Ji, Y. Wu, X. Geng, M. Büscher. Phys. Rev. Accel. Beams, 23, 064401(2020).

    [47] F. S. Tsung, W. Lu, M. Tzoufras, W. B. Mori, C. Joshi, J. M. Vieira, L. O. Silva, R. A. Fonseca. Phys. Plasmas, 13, 056708(2006).

    [48] M. Büscher, R. Adam, C. Tusche, A. Hützen, C. Wiemann, Y.-J. Chen, C. M. Schneider. J. Large-scale Res. Facilit., 6, A138(2020).

    Tools

    Get Citation

    Copy Citation Text

    L. R. Yin, X. F. Li, Y. J. Gu, N. Cao, Q. Kong, M. Büscher, S. M. Weng, M. Chen, Z. M. Sheng. Generation of polarized electron beams through self-injection in the interaction of a laser with a pre-polarized plasma[J]. High Power Laser Science and Engineering, 2024, 12(3): 03000e28

    Download Citation

    EndNote(RIS)BibTexPlain Text
    Save article for my favorites
    Paper Information

    Category: Research Articles

    Received: Nov. 16, 2023

    Accepted: Feb. 6, 2024

    Posted: Feb. 18, 2024

    Published Online: Jul. 23, 2024

    The Author Email: X. F. Li (xiaofengli@siom.ac.cn), Q. Kong (qkong@fudan.edu.cn)

    DOI:10.1017/hpl.2024.7

    Topics