Създаден е компактен и мощен излъчвател с нови възможности

Излъчването на Смит-Пърсел (SPR) е вид излъчване на свободни електрони, при което верига от струпвания на свободни електрони преминава през периодична решетка. Теоретично по този начин може да се реализира свръхтясна SPR линия, която би била полезна в технологиите за визуализация, сензорика и комуникация. Електронната нестабилност, ефектът на Кулон и големият размер на оборудването обаче не позволяват това. Екип от учени от Китай е разработил първото компактно SPR устройство със свръхтясна и регулируема ширина на спектралната линия.

Специалистите от университета Цинхуа предложиха нов стимулиран с напомпване SPR ефект и успешно наблюдаваха PIS-SPR при около 0,3 THz с непрекъснато настройваща се ширина на емисионната линия в диапазона от 900 kHz до 0,3 kHz. Освен това устройството е толкова компактно, че може да се държи в една ръка: размерите му са 22 cm × 7 cm × 6,5 cm, а масата му е само 1,68 кг.

Устройството се състои от три секции: секция за предварителното групиране на електроните, секция за компресиране на електроните и секция за хармонично излъчване, съобщава списание Phys. Учените описват принципа му на работа по следния начин:

„Нискочестотна и маломощна терахерцова напомпваща вълна възбужда локализиран електромагнитен модус върху решетката, който предварително групира електронния сноп. Впоследствие тези прегрупирани електрони излъчват супермощен SPR със същата честота като нагнетателната вълна. С помощта на кухина на Фабри-Перо локализираният електромагнитен режим и електронната групировка се усилват последователно и непрекъснато, което води до индуциран от напомпването стимулиран SPR, както и до добре групирани периодични електрони. И накрая, чрез използване на решетка с малък период, идеалните електронни струпвания могат да генерират високохармоничен S-SPR.“

В крайна сметка учените са успели да преодолеят и трите фактора, които влошават ширината на емисионната линия, а именно нестабилността на кинетичната енергия на електроните, ефекта на Кулон и крайния брой на електронните струпвания.

Изследователите са настроили ширината на линията на емисионния спектър да бъде от 900 kHz до 0,3 kHz. В сравнение с предишни аналози новото устройство може да намали ширината на линията с около 2 до 6 порядъка, а ширината на спектъра може да се настройва без прекъсване от 0,3 kHz до 900 kHz.

Освен това учените са установили, че устройството може да работи в обратен вълноводен режим без напомпваща вълна. Наблюдавани са електронни струпвания и третата хармоника на SPR, но в този случай ширината на линията е по- голяма от 1 MHz.

Според авторите изследването разширява възможностите за използване на честотно синхронизирани и настройваеми снопове свободни електрони за взаимодействие с различни материали и микро- или наноструктури.