Le rayonnement Smith-Purcell Superradiant (SPR) est une sorte de rayonnement électronique libre avec un train de grappes électroniques libres passant sur un réseau périodique. En théorie, la largeur spectrale ultra-narrow de SPR SPR pourrait être réalisée, ce qui serait grandement bénéfique pour diverses applications telles que l'imagerie, la détection et la communication.
Cependant, dans les accélérateurs d'électrons libres, les configurations et orotrons personnalisés, l'instabilité de l'énergie cinétique électronique, l'effet Coulomb et le nombre fini de grappes électroniques ont aggravé la largeur de la ligne de rayonnement, et la grande taille de l'équipement limite les scénarios d'application.
Dans un nouvel article publié dans cadranune équipe de scientifiques, dirigée par le professeur Fang Liu et Yidong Huang du Département d'ingénierie électronique de l'Université Tsinghua, en Chine, ont développé le premier dispositif compact SPR avec une largeur de ligne spectrale ultra-narrow et réglable en permanence.
Ils ont proposé le nouvel effet du SPR stimulé induit par la pompe (PIS-SPR) et ont observé avec succès le PIS-SPR à la fréquence de ~ 0,3 THz avec une largeur de rayonnement réglée en continu de 900 kHz à 0,3 kHz. L'appareil peut même être facilement tenu dans une main, avec une taille de 22 cm × 7 cm × 6,5 cm et un poids de seulement 1,68 kg.
Un tel dispositif compact avec effet PIS-SPR comprend trois sections: la section pré-brunchage électronique, compression électronique et émission harmonique.
Les scientifiques résument le principe opérationnel du PIS-SPR, affirmant: « L'onde de pompe THz à basse fréquence et à faible puissance excite le mode électromagnétique localisé sur le réseau qui pré-buque le faisceau d'électrons. Par la suite, ces électrons pré-groupés émettent SPR SPR à la même fréquence que l'onde de pompe.
« Avec une cavité FP, le mode électromagnétique localisé et le grouvrement électronique sont améliorés alternativement et en continu, ce qui conduit au SPR stimulé (à savoir PIS-SPR), ainsi que des électrons périodiques bien groupés. Enfin, en utilisant le réseau de petites périodes, les bouquets d'électrons idéaux pouvaient générer un SPR harmonique élevé. »
Avec l'effet PIS-SPR, les trois facteurs aggravant la largeur de la ligne de rayonnement, à savoir l'instabilité de l'énergie cinétique électronique, l'effet Coulomb et le nombre fini de grappes d'électrons, avaient été surmontés.
Ils ont réglé la largeur de ligne du spectre d'émission de 900 kHz à 0,3 kHz, en faisant varier le nombre de grappes d'électrons à partir de ~ 105 à ~ 109. Par rapport à la SPR SPR précédemment générée par des accélérateurs d'électrons ou d'autres équipements, la largeur de ligne pourrait être réduit d'environ 2 à 6 ordres de grandeur, et la largeur spectrale pourrait être réglée en continu dans la plage de 0,3 kHz ~ 900 kHz.
Ces scientifiques ont également constaté que l'appareil peut être utilisé dans le modèle du mode de guide d'onde arrière (BWM) sans ondes d'onde de pompe injectées. Les grappes électroniques et le troisième SPR harmonique ont également été observés, mais la largeur de ligne est plus large que MHz.
« L'évolution du mode du dispositif de SPR SPR induit par BWM à PIS-SPR est observée expérimentalement en augmentant progressivement la puissance de l'onde de la pompe de 0 MW à 60 MW. Le BWM est progressivement supprimé avec une puissance de pompe accrue, et le PIS-SPR domine le processus de bunching électronique », expliquent-ils.
« Ce travail offre les possibilités non seulement de réaliser des sources de rayonnement compactes compactes et de largeur étroite dans différentes régions de fréquence qui favoriseraient les applications de SPR S dans différents champs, mais aussi générer des grappes électroniques libres à haut niveau / nano-structures.
« Et l'effet stimulé proposé pour améliorer le champ lumineux pourrait également être pris en compte pour l'accélération d'électrons sur puce pour atteindre un gradient d'accélération d'électrons plus élevé », écrivent les scientifiques.
