Компактный терагерцевый излучатель позволит взглянуть на мир по-новому

Создание компактного и мощного источника терагерцевого излучения может сыграть решающую роль в реализации огромного прикладного потенциала этих волн миллиметрового диапазона.

В недавней статье, опубликованной в Applied Physics Letters, сотрудники Национальной Лаборатории Ускорителя SLAC при Стэнфордском университете представили разработанную ими механическую конструкцию подобного излучателя.

Их подход основан на взаимодействии пучка электронов в вакуумной лампе с металлической полостью особой формы. Электроны попадая внутрь возбуждают электромагнитное излучение, длина волны которого определяется размерами полости.

Уменьшение габаритов полости приводит к ряду нежелательных последствий, таких как падение выходной мощности излучения, сильный нагрев и усложнение производства.

Конструкция, созданная в лаборатории SLAC, свободна от этих недостатков. Устранить их удалось, использовав полость очень больших размеров по сравнению с длиной генерируемых волн.

Фактически, новое устройство содержит две разные полости. Одна из них использует микроволны, чтобы вовлечь электроны, испускаемые электронной пушкой, в спиральное движение в другой полости — с широким входным отверстием.

Получаемое в результате вращающееся электрическое поле генерирует во второй полости выходящее терагерцевое излучение. Пучок электронов и поле синхронно движутся вдоль края полости, создавая эффект «шепчущей галереи». Это явление изначально было описано для Собора Святого Петра в Лондоне, где звуковые волны, распространяясь под куполом, обеспечивают отличную слышимость во всех уголках помещения.

Из-за особой формы вторая полость порождает излучение с длиной волны в пять раз меньше, чем у входящего в первую полость микроволнового. Таким образом, спектр сигнала на выходе смещается в терагерцевую область.

Эксперименты в Клистронной лаборатории SLAC показали, что созданное устройство стабильно испускает волны длиной около 5 мм в мощностью на выходе 50 Вт. Согласно выполненным расчётам, мощность такого источника можно увеличить на целых три порядка. Теперь авторы работают над уменьшением длины волны примерно до миллиметра.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365