Superradiant Smith-Purcell radyasyonu (S-SPR), periyodik bir ızgaradan geçen bir serbest elektron demet treni ile bir tür serbest elektron radyasyonudur. Teoride, S-SPR’nin ultra anlatlı spektral hat genişliği gerçekleşebilir, bu da görüntüleme, algılama ve iletişim gibi çeşitli uygulamalar için büyük faydalı olacaktır.
Bununla birlikte, serbest elektron hızlandırıcılarında, özelleştirilmiş kurulumlarda ve orotronlarda, elektron kinetik enerjisinin dengesizliği, Coulomb etkisi ve sonlu sayıda elektron demeti radyasyon çizgisi genişliğini kötüleştirdi ve büyük boy ekipman uygulama senaryolarını sınırladı.
Yayınlanan yeni bir makalede kehanetTsinghua Üniversitesi, Profesör Fang Liu ve Yidong Huang liderliğindeki bir bilim adamı ekibi, ultra-anrow ve sürekli olarak ayarlanabilir spektral çizgi genişliği ile ilk kompakt S-SPR cihazını geliştirdi.
Pompa kaynaklı uyarılmış SPR (PIS-SPR) ‘nin yeni etkisini önerdiler ve PIS-SPR’yi ~ 0.3 THz frekansında başarılı bir şekilde gözlemlediler. Cihaz, 22 cm × 7 cm x 6,5 cm ve sadece 1.68 kg ağırlıklı bir boyutta kolayca tutulabilir.
PIS-SPR efektli böyle kompakt bir cihaz üç bölüm içerir: elektron ön gruplama, elektron sıkıştırma ve harmonik emisyon bölümü.
Bilim adamları, PIS-SPR’nin operasyonel prensibini özetleyerek, “Düşük frekanslı ve düşük güçlü THz pompa dalgası, elektron ışını ön kuşatan ızgarada lokalize elektromanyetik modu heyecanlandırıyor. Daha sonra, bu önceden toplanmış elektronlar pompa dalgası ile aynı frekansta S-SPR yayar.
“Bir FP boşluğu ile, lokalize elektromanyetik modu ve elektron demetleme alternatif ve sürekli olarak geliştirilir, bu da uyarılmış S-SPR’ye (yani PIS-SPR) ve iyi toplanmış periyodik elektronlara yol açar. Son olarak, küçük dönem ızgaraları kullanılarak, ideal elektron demetleri yüksek harmonik S-SPR oluşturabilir.”
PIS-SPR etkisi ile, radyasyon hat genişliğini kötüleştiren üç faktör, yani elektron kinetik enerjisinin istikrarsızlığı, Coulomb etkisi ve sonlu sayıda elektron demetinin üstesinden gelmiştir.
Emisyon spektrum hat genişliğini 900 kHz’den 0.3 kHz’e ayarladılar, ~ 10’dan elektron demet sayısını değiştirdiler.5 ~ 10’a9. Elektron hızlandırıcıları veya diğer ekipmanlar tarafından üretilen daha önce bildirilen SPR ile karşılaştırıldığında, hat genişliği yaklaşık 2-6 büyüklük sırasına göre küçülebilir ve spektral çizgi genişliği sürekli olarak 0.3 kHz ~ 900 kHz aralığında ayarlanabilir.
Bu bilim adamları ayrıca cihazın, pompa dalgası enjekte edilmeden geriye dönük dalga kılavuzu modu (BWM) modelinde çalıştırılabileceğini buldular. Elektron demetleri ve üçüncü harmonik S-SPR de gözlendi, ancak çizgi genişliği MHz’den daha geniştir.
“Cihazın BWM ile indüklenen SPR’den PIS-SPR’ye mod evrimi, pompa dalgasının gücünü 0 MW’dan 60 MW’a kademeli olarak artırarak deneysel olarak gözlenir. BWM, artan pompa gücü ile yavaş yavaş bastırılır ve PIS-SPR elektron demetleme işlemine hakimdir.”
“Bu çalışma, farklı alanlarda S-SPR uygulamalarını teşvik edecek, aynı zamanda farklı malzemeler ve mikro/nano-yapılarla etkileşim için frekans kilitli/tünelli serbest elektron demetleri üretecek farklı frekans bölgelerindeki kompakt, dar çizgi radyasyon kaynaklarının gerçekleştirilmesini değil.
Bilim adamları, “Ve ışık alanını geliştirmek için önerilen uyarılmış etki, daha yüksek bir elektron ivme gradyanı elde etmek için çip üzerindeki elektron ivmesi için de düşünülebilir.”
