Mechanizm powstawania fal terahercowych pod wpływem emisji elektronów w fotodiodzie próżniowej. Źródło: Aleksandr Ushakov, Kseniia Mamaeva, Leonid Seleznev, Georgy Rizaev, Vladimir Bukin, Timophey Dolmatov, Pavel Chizhov, Vladimir Bagdasarov, Sergey Garnov
Nowe badania badają efekt Czerenkowa, w którym prędkości nadświetlne generują promieniowanie, i omawiają nowe badania wykorzystujące tę zasadę do tworzenia terahercowy promieniowania do zaawansowanych zastosowań w obrazowaniu i radarach.
Kiedy naładowane cząstki przemieszczają się przez ośrodek z prędkością większą niż prędkość fazowa światła w tym ośrodku (zjawisko znane jako prędkość nadświetlna), emitują promieniowanie. Powstałe promieniowanie tworzy wzór stożkowy. Zjawisko to, zwane efektem Czerenkowa, ma wiele zastosowań podstawowych i praktycznych. Wyjaśnienie tego efektu przyniosło w 1958 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.
Podobnym zjawiskiem jest ukośne padanie światła na granicę dwóch ośrodków; w tym przypadku wzdłuż granicy faz powstaje fala wtórnych źródeł promieniowania, która rozchodzi się z prędkością przekraczającą prędkość fazową światła. Załamanie i odbicie światła od granicy faz jest wynikiem sumy amplitud fal ze wszystkich źródeł powstałych podczas padania światła.
Przyspieszenie elektronów i promieniowanie terahercowe
Jeśli weźmie się pod uwagę interfejs z materiałem fotoemisyjnym – katodę, na którą światło pada ukośnie i przyczyny emisji elektronów, to fala gęstości elektronowej utworzy się wzdłuż powierzchni katody z prędkością ponadświetlną. Zjawisku temu towarzyszy powstawanie promieniowania wtórnego. Przyłożenie zewnętrznego pola elektrycznego powoduje przyspieszenie elektronów, a w konsekwencji wzrost energii elektronów i promieniowania wtórnego dla takich źródeł.
Naukowcy z Instytutu Fizyki Ogólnej im. Prochorowa Rosyjskiej Akademii Nauk zaproponowali wykorzystanie powstawania nadświetlnej fali źródeł emisji elektronów do generowania promieniowania terahercowego. Główną ideą jest przyłożenie ultrakrótkich impulsów laserowych do powierzchni katody, co prowadzi do powstania ultrakrótkiej wiązki elektronów.
Następnie elektrony są przyspieszane przez pole zewnętrzne i gwałtownie zatrzymywane w cienkiej warstwie dielektryka, co prowadzi do generowania impulsów elektromagnetycznych w zakresie mikrofal i teraherców. Autorzy proponują skalowanie takich źródeł poprzez zwiększenie wydajności powłok fotoemisyjnych. Wyniki tych prac otwierają nowe źródła promieniowania THz do zadań szerokopasmowej nieinwazyjnej tomografii, obrazowania, radaru i wpływu mocy na elektronikę.
\Reference: „Impulsowe promieniowanie THz w ultraszybkim wyładowaniu optycznym fotodiody próżniowej” Aleksandra Uszakowa, Ksenii Mamaevy, Leonida Selezneva, Georgy’ego Rizaeva, Vladimira Bukina, Timopheya Dolmatova, Pavela Chizhova, Vladimira Bagdasarova i Sergeya Garnova, 13 czerwca 2024 r., Granice optoelektroniki.
DOI: 10.1007/s12200-024-00123-5
Badanie zostało sfinansowane przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego Federacji Rosyjskiej.
