Ученые ТПУ измерили характеристики спектральной линии черенковского излучения в режиме сверхизлучения

| 832

Ученые Томского политехнического университета совместно со специалистами компании Keysight провели эксперимент на электронном пучке микротрона ТПУ по исследованию режима сверхизлучения, который реализуется при генерации излучения последовательностью электронных сгустков. Результаты, полученные при прецизионном измерении ширины спектральной линии, подтвердили, что около 8 000 электронных сгустков в режиме сверхизлучения формируют монохроматическое черенковское излучение. Подобный эксперимент проводился впервые. Результаты фундаментальной работы опубликованы в журнале Scientific reports (IF: 4.120, Q1) и могут быть использованы при дальнейшей разработке новых источников излучения в терагерцовом диапазоне.


Фото: микротрон ТПУ.

Cверхизлучение (super-radiant regime) — когерентное сложение полей от последовательности излучающих зарядов. При их периодической последовательности излучение для определенных длин волн будет складываться в фазе, в результате получается узкая спектральная линия. Все развитие лазерных технологий направлено на создание источников монохроматического излучения в различных диапазонах длин волн.

«Разным областям индустрии, медицины, науки требуются источники с узкой спектральной линией (источники излучения с высокой степенью монохроматичности).

Для ряда применений использование лазерных технологий не обеспечивает получение требуемых параметров, поэтому в последнее время интенсивно разрабатываются новые типы источников на основе излучения электронов.

Излучение в этом случае генерируется пучком электронов, который состоит из периодического набора сгустков, испускаемых с определенным интервалом», — рассказывает профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Александр Потылицын.

Основной вопрос, который ученые ставили перед собой: можно ли доказать, что с увеличением числа сгустков сохраняется их периодичность, выполняется условие синфазности, и происходит когерентное сложение излучения от каждого сгустка. Политехники провели измерения на микротроне ТПУ в гигагерцовом диапазоне с помощью специальной прецизионной спектрометрической аппаратуры, которую для эксперимента предоставила компания Keysight. Измерения показали, что ширина спектральной линии излучения составила меньше 0,01 %. Исходя из этого результата ученые определили, что число когерентно излучаемых источников примерно равно 8 000.

«Подобные эксперименты проводились ранее со стандартными приборами — интерферометрами. Но они обладают конечной разрешающей способностью и позволяют измерять ширину спектральной линии на уровне 1 %.

Во многих случаях этого было достаточно. Однако нам было интересно опуститься ниже 1 %, а коллегам из Keysight — поработать с ускорителями электронов. Совместный интерес вылился в такой неожиданный результат», — поясняет Александр Потылицын.

Авторы статьи подчеркивают, что эксперимент на электронных пучках с подобным оборудованием был проведен впервые и имеет фундаментальный характер. Его результаты могут быть использованы в разработке и создании монохроматических источников излучения в чрезвычайно востребованном терагерцовом диапазоне.