[논문 리뷰] Undulator radiation in the THz range

L. A. Gabrielyan, Y.A. Garibyan외 5명|arXiv (Cornell University)|2017. 01. 04.

Gyrotron and Vacuum Electronics Research인용 수 14

한 줄 요약

이 논문은 7.5 MeV의 마이크로트론 비례를 통해 페로자성 언듈레이터를 통과하면서 200 µm 파장에서 10 마이크로와트의 자발적 복사가 발생하는 테라헤르츠(THz) 언듈레이터 복사를 생성하는 것을 입증한다. 2 mA의 비례 전류에서 발생한다. 광학 공진기 도입으로 6%의 증폭이 관측되었으며, 이는 예상보다 높은 수준으로, 복사원의 부분적 간섭성 효과에 기인한다.

ABSTRACT

The experimental device for generation of undulator radiation in terahertz wavelength region by use of undulator on ferromagnets is created. The device is based on a beam of a microtrone with the energy 7.5 MeV. The radiation wavelength is 200 micron. Registered spontaneous radiation has a power of 10 microwatt at a current of a beam 2 mA in a pulse. With the optical resonator, in a mode, the amplification of 6 percent is received, that in some times is more than expected value. This effect is explained as a result of partial coherence of radiation.

연구 동기 및 목표

• 작은 전자 가속기와 페로자성 언듈레이터를 이용해 조절 가능하고 간섭성 있는 THz 복사를 생성하는 것이 가능한지를 입증하는 것.
• 200 µm 파장의 THz 범위에서 자발적 복사와 증폭된 언듈레이터 복사의 특성을 조사하는 것.
• 공진 공진기 구성을 통해 이론적 예측을 초월하는 예상치 못한 증폭을 분석하는 것.
• 낮은 에너지의 전자 비례 시스템에서 부분적 간섭성이 복사 이득을 향상시키는 데 미치는 영향을 탐색하는 것.

제안 방법

• 7.5 MeV 전자 비례가 마이크로트론에서 유도되어 페로자성 언듈레이터를 통과함으로써 전자 궤적을 조절하는 정기적인 자기장이 생성됨.
• 언듈레이터는 200 µm 파장에서 복사를 방출하도록 설계되어, 이는 THz 주파수 범위에 해당함.
• 자발적 복사는 피로전기 검출기를 사용하여 측정되었으며, 2 mA 비례 전류에서 10 마이크로와트의 전력이 도출됨.
• 복사 강도를 향상시키기 위해 광학 공진기를 도입하여 피드백 및 공진 효과를 유도함.
• 증폭 계수는 실험적으로 측정되었으며, 완전 간섭성 모델에 기반한 이론적 예측과 비교됨.
• 복사의 부분적 간섭성이 관측된 이득이 예상보다 높은 이유로 분석됨.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 작은 마이크로트론 기반 전자 원천이 페로자성 언듈레이터를 사용하여 측정 가능한 언듈레이터 복사를 THz 범위에서 생성할 수 있는가?
• RQ2 7.5 MeV 전자 비례에서 발생하는 자발적 THz 언듈레이터 복사의 측정된 전력과 스펙트럼 특성은 무엇인가?
• RQ3 공진 공진기 구성에서 측정된 증폭이 완전 간섭성 모델에 기반한 이론적 예측을 초월하는 이유는 무엇인가?
• RQ4 낮은 에너지, 짧은 펄스 전자 비례 시스템에서 부분적 간섭성이 얼마나 높은 이득을 향상시키는 데 기여하는가?

주요 결과

• 장치는 2 mA 비례 전류에서 200 µm 파장에서 10 마이크로와트의 자발적 언듈레이터 복사를 성공적으로 생성함.
• 광학 공진기 구성에서 6%의 증폭 계수가 달성되었으며, 이는 기대되는 이론적 값보다 높음.
• 관측된 증폭은 복사의 부분적 간섭성에 기인하며, 이는 완전 간섭성 예측을 초월하는 효과적 이득을 향상시킴.
• 결과는 부분적 간섭성 효과가 소형 THz 소스에서 복사 강화에 상당한 영향을 미칠 수 있음을 시사함.
• 시스템은 기존의 가속기 인프라를 활용하여 저에너지 접근 방식으로 THz 복사 생성이 가능함을 보여줌.
• 결과는 향후 소형 THz 소스에서 효율성을 향상시키기 위해 간섭성 관리 전략을 활용할 수 있음을 시사함.