Российские ученые научились управлять частотой спектральной линии черенковского дифракционного излучения

Ученые Томского политехнического университета провели эксперимент на электронном пучке микротрона ТПУ по исследованию спектра резонансного черенковского дифракционного излучения, получаемого с помощью периодического радиатора.

В нем впервые можно было наблюдать квазимонохроматический спектр излучения в миллиметровом диапазоне длин волн. Результаты исследования не только показали работоспособность метода, но и продемонстрировали возможность регулировать частоту (длину волны) спектральной линии, меняя угол наклона радиатора относительно электронного пучка.

Для механизма дифракционного черенковского излучения подобный эффект ранее не наблюдался. Результаты фундаментальной работы опубликованы в журнале Results in Physics (IF: 4.476, Q1) и могут быть использованы при дальнейшей разработке новых источников монохроматического излучения в терагерцовом диапазоне.

Классическое черенковское излучение обладает широким спектром. Для многих исследований необходим монохроматический спектр, то есть обладающий линией на одной определенной частоте. Ранее ученые ТПУ проводили ряд экспериментов по получению монохроматического спектра методом модулирования электронного пучка, в котором электронный пучок представляет собой периодическую последовательность сгустков.

Существует другой подход в получении монохроматического черенковского излучения. Его отличие от предыдущего в том, что нам не надо использовать модулированные периодические пучки. Для монохроматизации излучения можно использовать периодический радиатор.

Если у нас имеется периодическая структура, на которую падает свет, то отраженный свет под определенным углом будет монохроматическим. Этот эффект оптической дифракционной решетки был обнаружен два века назад.

Если на такую же структуру падает не свет, а релятивистский электронный пучок, то кулоновское поле пучка «отражается» от этой решетки по законам, близким к оптическим, и превращается в монохроматическое излучение. При этом длина волны зависит от периода решетки»,

— рассказывает профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Александр Потылицын.

Предложенный метод проще предшествующих, поскольку для его реализации не требуется использовать модулированный электронный пучок.

Для его проверки ученые ТПУ совместно со специалистами Института сильноточной электроники СО РАН произвели моделирование процесса. По его итогам была изготовлена периодическая мишень — радиатор в виде набора призм. Ее характеристики исследовались в лаборатории Королевского колледжа Лондона. На пучке электронов микротрона ТПУ проводились измерения для различных углов наклона радиатора. В результате ученые показали, что в полученном спектре излучения наблюдается квазимонохроматическая линия, частота которой совпадает с данными моделирования. Эксперимент также показал, что ученые могут регулировать частоту линии в широких пределах, изменяя угол наклона радиатора относительно электронного пучка.

Угол черенковского излучения определяется энергией электронов и показателей преломления радиатора. Если длина волны излучения соизмерима с толщиной радиатора, то черенковский угол лежит в некоторых пределах.

Для периодического радиатора, выбирая угол наблюдения в указанных пределах, в эксперименте наблюдали монохроматическую линию черенковского излучения. Подобные экспериментальные исследования раньше не проводились»,

— поясняет Александр Потылицын.

Авторы статьи подчеркивают, что исследование носит фундаментальный характер, а результаты эксперимента могут быть использованы для генерации интенсивного монохроматического излучения в терагерцовом диапазоне с использованием мощных пучков наносекундных ускорителей.

28.01.2022