Abstract

Radio frequency particle accelerators are ubiquitous in ultrasmall and ultrafast science, but their size and cost have prompted exploration of compact and scalable alternatives such as the dielectric laser accelerator. We present the first demonstration, to the best of our knowledge, of high gradient laser acceleration and deflection of electrons with a silicon structure. Driven by a 5 nJ, 130 fs mode-locked Ti:sapphire laser at 907 nm wavelength, our devices achieve accelerating gradients in excess of 200MeV/m and suboptical cycle streaking of 96.30 keV electrons. These results pave the way for high gradient silicon dielectric laser accelerators using commercial lasers and subfemtosecond electron beam experiments.

© 2015 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article
OSA Recommended Articles
Dielectric laser acceleration of sub-100 keV electrons with silicon dual-pillar grating structures

Kenneth J. Leedle, Andrew Ceballos, Huiyang Deng, Olav Solgaard, R. Fabian Pease, Robert L. Byer, and James S. Harris
Opt. Lett. 40(18) 4344-4347 (2015)

Demonstration of acceleration of relativistic electrons at a dielectric microstructure using femtosecond laser pulses

Kent P. Wootton, Ziran Wu, Benjamin M. Cowan, Adi Hanuka, Igor V. Makasyuk, Edgar A. Peralta, Ken Soong, Robert L. Byer, and R. Joel England
Opt. Lett. 41(12) 2696-2699 (2016)

Method for computationally efficient design of dielectric laser accelerator structures

Tyler Hughes, Georgios Veronis, Kent P. Wootton, R. Joel England, and Shanhui Fan
Opt. Express 25(13) 15414-15427 (2017)

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. E. A. Peralta, K. Soong, R. J. England, E. R. Colby, Z. Wu, B. Montazeri, C. McGuinness, J. McNeur, K. J. Leedle, D. Walz, E. B. Sozer, B. Cowan, B. Schwartz, G. Travish, R. L. Byer, Nature 503, 91 (2013).
    [Crossref]
  2. J. Breuer, P. Hommelhoff, Phys. Rev. Lett. 111, 134803 (2013).
    [Crossref]
  3. K. Shimoda, Appl. Opt. 1, 33 (1962).
    [Crossref]
  4. T. Plettner, P. P. Lu, R. L. Byer, Phys. Rev. ST Accel. Beams 9, 111301 (2006).
    [Crossref]
  5. T. Plettner, R. L. Byer, Phys. Rev. ST Accel. Beams 11, 030704 (2008).
    [Crossref]
  6. J. Breuer, R. Graf, A. Apolonski, P. Hommelhoff, Phys. Rev. ST Accel. Beams 17, 021301 (2014).
    [Crossref]
  7. Y. Takeda, I. Matsui, Nucl. Instrum. Methods 62, 306 (1968).
    [Crossref]
  8. P. Baum, A. H. Zewail, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103, 44 (2006).
  9. F. O. Kirchner, A. Gliserin, F. Krausz, P. Baum, Nat. Photonics 8, 52 (2014).
    [Crossref]
  10. R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
    [Crossref]
  11. B. M. Cowan, Phys. Rev. ST Accel. Beams 11, 011301 (2008).
    [Crossref]
  12. B. Naranjo, A. Valloni, S. Putterman, J. B. Rosenzweig, Phys. Rev. Lett. 109, 164803 (2012).
    [Crossref]
  13. C. M. Chang, O. Solgaard, Appl. Phys. Lett. 104, 184102 (2014).
    [Crossref]
  14. K. Mizuno, J. Pae, T. Nozokido, K. Furuya, Nature 328, 45 (1987).
    [Crossref]
  15. S. M. Sze, Physics of Semiconductor Devices (Wiley, 1981).
  16. K. Soong, R. L. Byer, E. Colby, R. J. England, E. Peralta, AIP Conf. Proc. 1507, 511 (2012).
  17. A. D. Bristow, N. Rotenberg, H. M. van Driel, Appl. Phys. Lett. 90, 191104 (2007).
    [Crossref]
  18. R. F. Egerton, Electron Energy-Loss Spectroscopy in the Electron Microscope, 3rd ed. (Springer, 2011), Chap. 2.
  19. T. Plettner, R. L. Byer, C. McGuinness, P. Hommelhoff, Phys. Rev. ST Accel. Beams 12, 101302 (2009).
    [Crossref]
  20. J. Hoffogge, J. P. Stein, M. Kruger, M. Forster, J. Hammer, D. Ehberger, P. Baum, P. Hommelhoff, J. Appl. Phys. 115, 094506 (2014).
    [Crossref]

2014 (5)

J. Breuer, R. Graf, A. Apolonski, P. Hommelhoff, Phys. Rev. ST Accel. Beams 17, 021301 (2014).
[Crossref]

F. O. Kirchner, A. Gliserin, F. Krausz, P. Baum, Nat. Photonics 8, 52 (2014).
[Crossref]

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

C. M. Chang, O. Solgaard, Appl. Phys. Lett. 104, 184102 (2014).
[Crossref]

J. Hoffogge, J. P. Stein, M. Kruger, M. Forster, J. Hammer, D. Ehberger, P. Baum, P. Hommelhoff, J. Appl. Phys. 115, 094506 (2014).
[Crossref]

2013 (2)

E. A. Peralta, K. Soong, R. J. England, E. R. Colby, Z. Wu, B. Montazeri, C. McGuinness, J. McNeur, K. J. Leedle, D. Walz, E. B. Sozer, B. Cowan, B. Schwartz, G. Travish, R. L. Byer, Nature 503, 91 (2013).
[Crossref]

J. Breuer, P. Hommelhoff, Phys. Rev. Lett. 111, 134803 (2013).
[Crossref]

2012 (2)

K. Soong, R. L. Byer, E. Colby, R. J. England, E. Peralta, AIP Conf. Proc. 1507, 511 (2012).

B. Naranjo, A. Valloni, S. Putterman, J. B. Rosenzweig, Phys. Rev. Lett. 109, 164803 (2012).
[Crossref]

2009 (1)

T. Plettner, R. L. Byer, C. McGuinness, P. Hommelhoff, Phys. Rev. ST Accel. Beams 12, 101302 (2009).
[Crossref]

2008 (2)

B. M. Cowan, Phys. Rev. ST Accel. Beams 11, 011301 (2008).
[Crossref]

T. Plettner, R. L. Byer, Phys. Rev. ST Accel. Beams 11, 030704 (2008).
[Crossref]

2007 (1)

A. D. Bristow, N. Rotenberg, H. M. van Driel, Appl. Phys. Lett. 90, 191104 (2007).
[Crossref]

2006 (2)

T. Plettner, P. P. Lu, R. L. Byer, Phys. Rev. ST Accel. Beams 9, 111301 (2006).
[Crossref]

P. Baum, A. H. Zewail, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103, 44 (2006).

1987 (1)

K. Mizuno, J. Pae, T. Nozokido, K. Furuya, Nature 328, 45 (1987).
[Crossref]

1968 (1)

Y. Takeda, I. Matsui, Nucl. Instrum. Methods 62, 306 (1968).
[Crossref]

1962 (1)

Apolonski, A.

J. Breuer, R. Graf, A. Apolonski, P. Hommelhoff, Phys. Rev. ST Accel. Beams 17, 021301 (2014).
[Crossref]

Bane, K.

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

Baum, P.

J. Hoffogge, J. P. Stein, M. Kruger, M. Forster, J. Hammer, D. Ehberger, P. Baum, P. Hommelhoff, J. Appl. Phys. 115, 094506 (2014).
[Crossref]

F. O. Kirchner, A. Gliserin, F. Krausz, P. Baum, Nat. Photonics 8, 52 (2014).
[Crossref]

P. Baum, A. H. Zewail, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103, 44 (2006).

Breuer, J.

J. Breuer, R. Graf, A. Apolonski, P. Hommelhoff, Phys. Rev. ST Accel. Beams 17, 021301 (2014).
[Crossref]

J. Breuer, P. Hommelhoff, Phys. Rev. Lett. 111, 134803 (2013).
[Crossref]

Bristow, A. D.

A. D. Bristow, N. Rotenberg, H. M. van Driel, Appl. Phys. Lett. 90, 191104 (2007).
[Crossref]

Byer, R. L.

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

E. A. Peralta, K. Soong, R. J. England, E. R. Colby, Z. Wu, B. Montazeri, C. McGuinness, J. McNeur, K. J. Leedle, D. Walz, E. B. Sozer, B. Cowan, B. Schwartz, G. Travish, R. L. Byer, Nature 503, 91 (2013).
[Crossref]

K. Soong, R. L. Byer, E. Colby, R. J. England, E. Peralta, AIP Conf. Proc. 1507, 511 (2012).

T. Plettner, R. L. Byer, C. McGuinness, P. Hommelhoff, Phys. Rev. ST Accel. Beams 12, 101302 (2009).
[Crossref]

T. Plettner, R. L. Byer, Phys. Rev. ST Accel. Beams 11, 030704 (2008).
[Crossref]

T. Plettner, P. P. Lu, R. L. Byer, Phys. Rev. ST Accel. Beams 9, 111301 (2006).
[Crossref]

Chang, C. M.

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

C. M. Chang, O. Solgaard, Appl. Phys. Lett. 104, 184102 (2014).
[Crossref]

Colby, E.

K. Soong, R. L. Byer, E. Colby, R. J. England, E. Peralta, AIP Conf. Proc. 1507, 511 (2012).

Colby, E. R.

E. A. Peralta, K. Soong, R. J. England, E. R. Colby, Z. Wu, B. Montazeri, C. McGuinness, J. McNeur, K. J. Leedle, D. Walz, E. B. Sozer, B. Cowan, B. Schwartz, G. Travish, R. L. Byer, Nature 503, 91 (2013).
[Crossref]

Cowan, B.

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

E. A. Peralta, K. Soong, R. J. England, E. R. Colby, Z. Wu, B. Montazeri, C. McGuinness, J. McNeur, K. J. Leedle, D. Walz, E. B. Sozer, B. Cowan, B. Schwartz, G. Travish, R. L. Byer, Nature 503, 91 (2013).
[Crossref]

Cowan, B. M.

B. M. Cowan, Phys. Rev. ST Accel. Beams 11, 011301 (2008).
[Crossref]

Dawson, J.

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

Dowell, D.

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

Egerton, R. F.

R. F. Egerton, Electron Energy-Loss Spectroscopy in the Electron Microscope, 3rd ed. (Springer, 2011), Chap. 2.

Ehberger, D.

J. Hoffogge, J. P. Stein, M. Kruger, M. Forster, J. Hammer, D. Ehberger, P. Baum, P. Hommelhoff, J. Appl. Phys. 115, 094506 (2014).
[Crossref]

England, R. J.

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

E. A. Peralta, K. Soong, R. J. England, E. R. Colby, Z. Wu, B. Montazeri, C. McGuinness, J. McNeur, K. J. Leedle, D. Walz, E. B. Sozer, B. Cowan, B. Schwartz, G. Travish, R. L. Byer, Nature 503, 91 (2013).
[Crossref]

K. Soong, R. L. Byer, E. Colby, R. J. England, E. Peralta, AIP Conf. Proc. 1507, 511 (2012).

Forster, M.

J. Hoffogge, J. P. Stein, M. Kruger, M. Forster, J. Hammer, D. Ehberger, P. Baum, P. Hommelhoff, J. Appl. Phys. 115, 094506 (2014).
[Crossref]

Furuya, K.

K. Mizuno, J. Pae, T. Nozokido, K. Furuya, Nature 328, 45 (1987).
[Crossref]

Gai, W.

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

Gliserin, A.

F. O. Kirchner, A. Gliserin, F. Krausz, P. Baum, Nat. Photonics 8, 52 (2014).
[Crossref]

Graf, R.

J. Breuer, R. Graf, A. Apolonski, P. Hommelhoff, Phys. Rev. ST Accel. Beams 17, 021301 (2014).
[Crossref]

Hammer, J.

J. Hoffogge, J. P. Stein, M. Kruger, M. Forster, J. Hammer, D. Ehberger, P. Baum, P. Hommelhoff, J. Appl. Phys. 115, 094506 (2014).
[Crossref]

Hoffogge, J.

J. Hoffogge, J. P. Stein, M. Kruger, M. Forster, J. Hammer, D. Ehberger, P. Baum, P. Hommelhoff, J. Appl. Phys. 115, 094506 (2014).
[Crossref]

Hommelhoff, P.

J. Hoffogge, J. P. Stein, M. Kruger, M. Forster, J. Hammer, D. Ehberger, P. Baum, P. Hommelhoff, J. Appl. Phys. 115, 094506 (2014).
[Crossref]

J. Breuer, R. Graf, A. Apolonski, P. Hommelhoff, Phys. Rev. ST Accel. Beams 17, 021301 (2014).
[Crossref]

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

J. Breuer, P. Hommelhoff, Phys. Rev. Lett. 111, 134803 (2013).
[Crossref]

T. Plettner, R. L. Byer, C. McGuinness, P. Hommelhoff, Phys. Rev. ST Accel. Beams 12, 101302 (2009).
[Crossref]

Huang, Y. C.

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

Jing, C.

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

Kirchner, F. O.

F. O. Kirchner, A. Gliserin, F. Krausz, P. Baum, Nat. Photonics 8, 52 (2014).
[Crossref]

Krausz, F.

F. O. Kirchner, A. Gliserin, F. Krausz, P. Baum, Nat. Photonics 8, 52 (2014).
[Crossref]

Kruger, M.

J. Hoffogge, J. P. Stein, M. Kruger, M. Forster, J. Hammer, D. Ehberger, P. Baum, P. Hommelhoff, J. Appl. Phys. 115, 094506 (2014).
[Crossref]

Leedle, K. J.

E. A. Peralta, K. Soong, R. J. England, E. R. Colby, Z. Wu, B. Montazeri, C. McGuinness, J. McNeur, K. J. Leedle, D. Walz, E. B. Sozer, B. Cowan, B. Schwartz, G. Travish, R. L. Byer, Nature 503, 91 (2013).
[Crossref]

Lu, P. P.

T. Plettner, P. P. Lu, R. L. Byer, Phys. Rev. ST Accel. Beams 9, 111301 (2006).
[Crossref]

Matsui, I.

Y. Takeda, I. Matsui, Nucl. Instrum. Methods 62, 306 (1968).
[Crossref]

McGuiness, C.

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

McGuinness, C.

E. A. Peralta, K. Soong, R. J. England, E. R. Colby, Z. Wu, B. Montazeri, C. McGuinness, J. McNeur, K. J. Leedle, D. Walz, E. B. Sozer, B. Cowan, B. Schwartz, G. Travish, R. L. Byer, Nature 503, 91 (2013).
[Crossref]

T. Plettner, R. L. Byer, C. McGuinness, P. Hommelhoff, Phys. Rev. ST Accel. Beams 12, 101302 (2009).
[Crossref]

McNeur, J.

E. A. Peralta, K. Soong, R. J. England, E. R. Colby, Z. Wu, B. Montazeri, C. McGuinness, J. McNeur, K. J. Leedle, D. Walz, E. B. Sozer, B. Cowan, B. Schwartz, G. Travish, R. L. Byer, Nature 503, 91 (2013).
[Crossref]

Mizrahi, A.

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

Mizuno, K.

K. Mizuno, J. Pae, T. Nozokido, K. Furuya, Nature 328, 45 (1987).
[Crossref]

Montazeri, B.

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

E. A. Peralta, K. Soong, R. J. England, E. R. Colby, Z. Wu, B. Montazeri, C. McGuinness, J. McNeur, K. J. Leedle, D. Walz, E. B. Sozer, B. Cowan, B. Schwartz, G. Travish, R. L. Byer, Nature 503, 91 (2013).
[Crossref]

Naranjo, B.

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

B. Naranjo, A. Valloni, S. Putterman, J. B. Rosenzweig, Phys. Rev. Lett. 109, 164803 (2012).
[Crossref]

Ng, C. K.

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

Noble, R. J.

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

Nozokido, T.

K. Mizuno, J. Pae, T. Nozokido, K. Furuya, Nature 328, 45 (1987).
[Crossref]

Pae, J.

K. Mizuno, J. Pae, T. Nozokido, K. Furuya, Nature 328, 45 (1987).
[Crossref]

Palmer, R. B.

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

Peralta, E.

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

K. Soong, R. L. Byer, E. Colby, R. J. England, E. Peralta, AIP Conf. Proc. 1507, 511 (2012).

Peralta, E. A.

E. A. Peralta, K. Soong, R. J. England, E. R. Colby, Z. Wu, B. Montazeri, C. McGuinness, J. McNeur, K. J. Leedle, D. Walz, E. B. Sozer, B. Cowan, B. Schwartz, G. Travish, R. L. Byer, Nature 503, 91 (2013).
[Crossref]

Plettner, T.

T. Plettner, R. L. Byer, C. McGuinness, P. Hommelhoff, Phys. Rev. ST Accel. Beams 12, 101302 (2009).
[Crossref]

T. Plettner, R. L. Byer, Phys. Rev. ST Accel. Beams 11, 030704 (2008).
[Crossref]

T. Plettner, P. P. Lu, R. L. Byer, Phys. Rev. ST Accel. Beams 9, 111301 (2006).
[Crossref]

Putterman, S.

B. Naranjo, A. Valloni, S. Putterman, J. B. Rosenzweig, Phys. Rev. Lett. 109, 164803 (2012).
[Crossref]

Rosenzweig, J.

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

Rosenzweig, J. B.

B. Naranjo, A. Valloni, S. Putterman, J. B. Rosenzweig, Phys. Rev. Lett. 109, 164803 (2012).
[Crossref]

Rotenberg, N.

A. D. Bristow, N. Rotenberg, H. M. van Driel, Appl. Phys. Lett. 90, 191104 (2007).
[Crossref]

Schachter, L.

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

Schwartz, B.

E. A. Peralta, K. Soong, R. J. England, E. R. Colby, Z. Wu, B. Montazeri, C. McGuinness, J. McNeur, K. J. Leedle, D. Walz, E. B. Sozer, B. Cowan, B. Schwartz, G. Travish, R. L. Byer, Nature 503, 91 (2013).
[Crossref]

Sears, C.

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

Shimoda, K.

Solgaard, O.

C. M. Chang, O. Solgaard, Appl. Phys. Lett. 104, 184102 (2014).
[Crossref]

Soong, K.

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

E. A. Peralta, K. Soong, R. J. England, E. R. Colby, Z. Wu, B. Montazeri, C. McGuinness, J. McNeur, K. J. Leedle, D. Walz, E. B. Sozer, B. Cowan, B. Schwartz, G. Travish, R. L. Byer, Nature 503, 91 (2013).
[Crossref]

K. Soong, R. L. Byer, E. Colby, R. J. England, E. Peralta, AIP Conf. Proc. 1507, 511 (2012).

Sozer, E. B.

E. A. Peralta, K. Soong, R. J. England, E. R. Colby, Z. Wu, B. Montazeri, C. McGuinness, J. McNeur, K. J. Leedle, D. Walz, E. B. Sozer, B. Cowan, B. Schwartz, G. Travish, R. L. Byer, Nature 503, 91 (2013).
[Crossref]

Spencer, J. E.

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

Stein, J. P.

J. Hoffogge, J. P. Stein, M. Kruger, M. Forster, J. Hammer, D. Ehberger, P. Baum, P. Hommelhoff, J. Appl. Phys. 115, 094506 (2014).
[Crossref]

Sze, S. M.

S. M. Sze, Physics of Semiconductor Devices (Wiley, 1981).

Takeda, Y.

Y. Takeda, I. Matsui, Nucl. Instrum. Methods 62, 306 (1968).
[Crossref]

Tantawi, S.

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

Travish, G.

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

E. A. Peralta, K. Soong, R. J. England, E. R. Colby, Z. Wu, B. Montazeri, C. McGuinness, J. McNeur, K. J. Leedle, D. Walz, E. B. Sozer, B. Cowan, B. Schwartz, G. Travish, R. L. Byer, Nature 503, 91 (2013).
[Crossref]

Valloni, A.

B. Naranjo, A. Valloni, S. Putterman, J. B. Rosenzweig, Phys. Rev. Lett. 109, 164803 (2012).
[Crossref]

van Driel, H. M.

A. D. Bristow, N. Rotenberg, H. M. van Driel, Appl. Phys. Lett. 90, 191104 (2007).
[Crossref]

Walz, D.

E. A. Peralta, K. Soong, R. J. England, E. R. Colby, Z. Wu, B. Montazeri, C. McGuinness, J. McNeur, K. J. Leedle, D. Walz, E. B. Sozer, B. Cowan, B. Schwartz, G. Travish, R. L. Byer, Nature 503, 91 (2013).
[Crossref]

Werner, G. R.

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

Wolf, S. J.

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

Wu, Z.

E. A. Peralta, K. Soong, R. J. England, E. R. Colby, Z. Wu, B. Montazeri, C. McGuinness, J. McNeur, K. J. Leedle, D. Walz, E. B. Sozer, B. Cowan, B. Schwartz, G. Travish, R. L. Byer, Nature 503, 91 (2013).
[Crossref]

Yoder, R. B.

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

Zewail, A. H.

P. Baum, A. H. Zewail, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103, 44 (2006).

AIP Conf. Proc. (1)

K. Soong, R. L. Byer, E. Colby, R. J. England, E. Peralta, AIP Conf. Proc. 1507, 511 (2012).

Appl. Opt. (1)

Appl. Phys. Lett. (2)

A. D. Bristow, N. Rotenberg, H. M. van Driel, Appl. Phys. Lett. 90, 191104 (2007).
[Crossref]

C. M. Chang, O. Solgaard, Appl. Phys. Lett. 104, 184102 (2014).
[Crossref]

J. Appl. Phys. (1)

J. Hoffogge, J. P. Stein, M. Kruger, M. Forster, J. Hammer, D. Ehberger, P. Baum, P. Hommelhoff, J. Appl. Phys. 115, 094506 (2014).
[Crossref]

Nat. Photonics (1)

F. O. Kirchner, A. Gliserin, F. Krausz, P. Baum, Nat. Photonics 8, 52 (2014).
[Crossref]

Nature (2)

E. A. Peralta, K. Soong, R. J. England, E. R. Colby, Z. Wu, B. Montazeri, C. McGuinness, J. McNeur, K. J. Leedle, D. Walz, E. B. Sozer, B. Cowan, B. Schwartz, G. Travish, R. L. Byer, Nature 503, 91 (2013).
[Crossref]

K. Mizuno, J. Pae, T. Nozokido, K. Furuya, Nature 328, 45 (1987).
[Crossref]

Nucl. Instrum. Methods (1)

Y. Takeda, I. Matsui, Nucl. Instrum. Methods 62, 306 (1968).
[Crossref]

Phys. Rev. Lett. (2)

B. Naranjo, A. Valloni, S. Putterman, J. B. Rosenzweig, Phys. Rev. Lett. 109, 164803 (2012).
[Crossref]

J. Breuer, P. Hommelhoff, Phys. Rev. Lett. 111, 134803 (2013).
[Crossref]

Phys. Rev. ST Accel. Beams (5)

T. Plettner, R. L. Byer, C. McGuinness, P. Hommelhoff, Phys. Rev. ST Accel. Beams 12, 101302 (2009).
[Crossref]

B. M. Cowan, Phys. Rev. ST Accel. Beams 11, 011301 (2008).
[Crossref]

T. Plettner, P. P. Lu, R. L. Byer, Phys. Rev. ST Accel. Beams 9, 111301 (2006).
[Crossref]

T. Plettner, R. L. Byer, Phys. Rev. ST Accel. Beams 11, 030704 (2008).
[Crossref]

J. Breuer, R. Graf, A. Apolonski, P. Hommelhoff, Phys. Rev. ST Accel. Beams 17, 021301 (2014).
[Crossref]

Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1)

P. Baum, A. H. Zewail, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103, 44 (2006).

Rev. Mod. Phys. (1)

R. J. England, R. J. Noble, K. Bane, D. Dowell, C. K. Ng, J. E. Spencer, S. Tantawi, R. L. Byer, E. Peralta, K. Soong, C. M. Chang, B. Montazeri, S. J. Wolf, B. Cowan, J. Dawson, W. Gai, P. Hommelhoff, Y. C. Huang, C. Jing, C. McGuiness, R. B. Palmer, B. Naranjo, J. Rosenzweig, G. Travish, A. Mizrahi, L. Schachter, C. Sears, G. R. Werner, R. B. Yoder, Rev. Mod. Phys. 86, 1337 (2014).
[Crossref]

Other (2)

S. M. Sze, Physics of Semiconductor Devices (Wiley, 1981).

R. F. Egerton, Electron Energy-Loss Spectroscopy in the Electron Microscope, 3rd ed. (Springer, 2011), Chap. 2.

Cited By

OSA participates in Crossref's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (5)

Fig. 1.
Fig. 1.

(a) Accelerating electric field E z of the grating TM mode at one instance in time from FDTD simulations with force lines for all optical phases superimposed. Electrons experience net acceleration and deflection as they traverse the structure from left to right synchronously with the grating. (b) Acceleration (blue) and deflection (black) gradients G acc and G defl normalized to incident electric field E inc for synchronous electrons versus optical phase ϕ . The 600 as phase window between our experimental minimum acceleration gradient and minimum deflection gradient is shown.

Fig. 2.
Fig. 2.

Experimental setup. 96.3 keV electrons from a scanning electron microscope graze the silicon grating surface, which is illuminated surface normally by a linearly polarized laser. A pellicle beamsplitter picks off 2 % of the backreflected light to form a microscope image (ex situ SEM image of the grating inset). Electrons that are deflected in the Y direction through the spectrometer entrance aperture are imaged by the CMOS camera if they were accelerated.

Fig. 3.
Fig. 3.

(a) Example 200 s accumulated electron spectrum image for a 2.4 mrad cut-on angle spectrometer offset. Multiply scattered electrons generate a uniform background noise level over the entire spectrum. Charge density contour lines from the model are superimposed on the spectrum. Energy and angle resolution are 4.5 eV and 82 μrad per pixel, respectively. (b) Accelerated fraction I acc / I eff as function of energy gain for the raw spectral data and model fit (line).

Fig. 4.
Fig. 4.

Maximum acceleration and deflection gradients versus incident laser field. A linear least squares fit confirms the acceleration field ratio of G acc = 0.13 ± 0.01 E inc and deflection field ratio G defl = 0.094 ± 0.01 E inc .

Fig. 5.
Fig. 5.

(a) Accelerator maximum energy gain and maximum deflection angle as a function of drive laser polarization (dots) and cos ( θ ) fit to each curve (lines). (b) Maximum observed longitudinal and transverse energy gain versus laser wavelength (dots), and the expected curves from particle tracking simulations in our FDTD fields (lines).

Equations (4)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

G acc = 1 Λ g 0 Λ g E z ( z ( t ) , t ) d z ,
G defl = 1 Λ g 0 Λ g ( E y ( z ( t ) , t ) + v B x ( z ( t ) , t ) ) d z .
L int = π ( 1 w l 2 + 2 ln ( 2 ) ( β c τ p ) 2 ) 1 / 2 = 5.6 ± 0.5 μm
G acc = Δ U L int = 218 ± 20 MeV / m .

Metrics