電子束通過復(fù)合光柵產(chǎn)生THz輻射
近日,《光學(xué)快訊》發(fā)表了華中科技大學(xué)電氣學(xué)院樊寬軍教授團隊攜手日本大阪大學(xué)楊金峰教授團隊的合作研究成果,即有關(guān)利用加載電介質(zhì)基底的光柵產(chǎn)生共振太赫茲(THz)輻射的原理驗證實驗。他們利用兆電子伏特(MeV)超快電子束,成功激發(fā)了金屬光柵表面波中的共振模式,并將其輻射出去。這種輻射具有出色的方向性,其輻射強度更是遠(yuǎn)超同一光柵所產(chǎn)生的Smith-Purcell輻射。
此研究成果不僅為操控共振THz輻射提供了一條有效的途徑,還對推動高功率、結(jié)構(gòu)緊湊、性價比高的THz源技術(shù)發(fā)展具有重要意義。詳細(xì)的研究成果可參見論文《對借助電介質(zhì)基底從金屬光柵中逃逸出的表面太赫茲波的觀測》。電氣學(xué)院博士生漆鴻為論文的第一作者。
《光學(xué)快訊》是由美國光學(xué)學(xué)會出版的國際光學(xué)全電子期刊,以其快速出版周期和同行評審的高質(zhì)量文章,在物理-光學(xué)領(lǐng)域,尤其是太赫茲技術(shù)研究中占據(jù)重要地位,為全球科研工作者提供了展示創(chuàng)新成果的權(quán)威平臺。
太赫茲技術(shù)因其在通信、材料科學(xué)和生物成像等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力而受到重視,盡管傳統(tǒng)的Smith-Purcell輻射源具有緊湊和可調(diào)諧的優(yōu)點,但其相對較弱的輻射強度限制了其在更廣泛領(lǐng)域中的應(yīng)用。在電子束與周期性光柵的相互作用過程中,大部分能量轉(zhuǎn)化為表面波。由于表面波的相速度低于光速,往往被限制在光柵表面,難以實現(xiàn)有效的遠(yuǎn)距離傳播。為了解決這一難題,團隊在光柵下方引入電介質(zhì)基底,通過改變光柵的色散特性,使得表面波中與電子束產(chǎn)生共振的模式在介質(zhì)中呈現(xiàn)出輻射波的特性。這種共振THz波的傳播方向固定,而Smith-Purcell輻射頻率則隨傳播角度而變化。在本實驗所用的光柵上,共振THz輻射強度比Smith-Purcell輻射高出約31倍。這種方法在高功率太赫茲波的產(chǎn)生中具有極大的優(yōu)勢。
實驗裝置示意圖
基于理論分析和三維數(shù)值模擬,本研究團隊在大阪大學(xué)超快電子衍射平臺上開展了共振THz輻射的實驗。實驗采用了S波段光陰極微波電子槍,經(jīng)由脈沖寬度約為100fs、脈沖能量為20mJ的紫外激光(266nm)照射后,可產(chǎn)生能量為1.6 - 3.1 MeV范圍內(nèi)可調(diào)的電子束團。通過超快電子束與輻射光柵的相互作用,所產(chǎn)生的頻譜信號由邁克爾遜干涉儀精確測量。實驗成功觀察到了共振THz輻射的存在,證實了電介質(zhì)在促進表面波向外傳播上起著關(guān)鍵作用。此外,實驗還針對輻射角度、電子束-光柵距離、電子束能量、電荷量以及束團長度等參數(shù)進行了詳細(xì)研究,加深了對共振THz輻射特性的理解。本研究為開發(fā)結(jié)構(gòu)緊湊、高轉(zhuǎn)換效率的THz源提供了堅實的理論和實驗依據(jù)。
審核編輯 黃宇
-
光柵
+關(guān)注
關(guān)注
0文章
276瀏覽量
27435 -
共振
+關(guān)注
關(guān)注
0文章
28瀏覽量
12759 -
太赫茲
+關(guān)注
關(guān)注
10文章
334瀏覽量
29067
發(fā)布評論請先 登錄
相關(guān)推薦
評論