[论文解读] Undulator radiation in the THz range

L. A. Gabrielyan, Y.A. Garibyan+5 more|arXiv (Cornell University)|Jan 4, 2017

Gyrotron and Vacuum Electronics Research被引用 14

一句话总结

该论文展示了利用7.5 MeV微波电子束通过铁磁材料波荡器产生太赫兹（THz）波荡器辐射，实现2 mA束流下200 µm波长处10微瓦的自发辐射功率。在光学谐振腔配置下，观测到6%的放大率，高于预期，归因于辐射源的部分相干性效应。

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.

研究动机与目标

• 展示利用紧凑型电子加速器与铁磁波荡器产生可调谐、相干太赫兹辐射的可行性。
• 研究在太赫兹波段（200 µm波长）下自发与放大的波荡器辐射特性。
• 分析在谐振腔结构中观测到的放大率超过理论预期的异常现象。
• 探讨部分相干性在低能电子束系统中增强辐射增益的作用。

提出的方法

• 将7.5 MeV电子束从微波加速器引导向铁磁波荡器，通过周期性磁场调制电子轨迹。
• 波荡器设计用于在200 µm波长处辐射，对应太赫兹频段。
• 使用热释电探测器测量自发辐射，测得2 mA束流下功率为10微瓦。
• 引入光学谐振腔，通过反馈与共振效应增强辐射强度。
• 实验测量放大因子，并与基于完全相干模型的理论预测进行比较。
• 分析辐射的部分相干性，作为观测到的增益超过预期的可能解释。

实验结果

研究问题

• RQ1 紧凑型微波电子源能否利用铁磁波荡器在太赫兹波段产生可测量的波荡器辐射？
• RQ2 7.5 MeV电子束产生的太赫兹波荡器辐射的实测功率与光谱特性为何？
• RQ3 为何在谐振腔配置中测得的放大率超过基于完全相干模型的理论预测？
• RQ4 在低能、短脉冲电子束系统中，部分相干性在多大程度上促进了增益的增强？

主要发现

• 该装置成功在200 µm波长处产生自发波荡器辐射，2 mA束流下功率为10微瓦。
• 在光学谐振腔配置下实现了6%的放大因子，高于预期理论值。
• 观测到的放大率归因于辐射的部分相干性，其使有效增益超过完全相干模型的预测。
• 结果表明，部分相干性效应可在紧凑型太赫兹源中显著影响辐射增强。
• 该系统展示了利用现有加速器基础设施实现低能太赫兹辐射生成的可行性。
• 研究结果表明，相干性调控可被用于提升未来紧凑型太赫兹源的效率。