Experimental investigation of coherent Smith-Purcell radiation from a "flat" grating
利用5-MeV直线加速器的预聚束电子束，研究了毫米波波段的平面周期靶（由介质间隙隔开的导电层构成）的相干Smith-Purcell辐射（CSPR）。用窄带探测器测量了这种辐射的角分布，实验数据与我们对类似靶的理论计算相一致。Smith-Purcell辐射的波长对观测角的依赖性强，与相干辐射效应相叠加的特性，可用于束团长度的无创测量。证明了使用室温探测器进行单束团测量的可能性。
2003-11-27 physics.acc-ph
Study of Phase Reconstruction Techniques applied to Smith-Purcell Radiation Measurements
在加速器处的相干辐射的测量通常给出光束轮廓傅里叶变换的绝对值，但不是其相位。相位重建技术，如希尔伯特变换或Kramers Kronig重建用于恢复这样的相位。我们报告了这些方法的性能和如何优化重建的配置文件的研究。
2015-12-03 physics.acc-ph
Three-dimensional analysis of the surface mode supported in Čerenkov and Smith-Purcell free-electron lasers
在Čerenkov和Smith-Purcell自由电子激光（FEL）中，电子束与同向传播的表面模之间的共振相互作用可以产生大量的相干太赫兹（THz）辐射。我们进行了三维（3D）的表面模式的分析，考虑到衰减的影响，并建立了3D麦克斯韦-洛伦兹方程这两个系统。在此基础上，我们确定了对电子束参数的要求，即，束流发射度、束流尺寸和束流电流对Čerenkov自由电子激光成功运行的影响。
2016-04-24 physics.acc-ph
Study of Phase Reconstruction Techniques applied to Smith-Purcell Radiation Measurements
在加速器处的相干辐射的测量通常给出光束轮廓傅里叶变换的绝对值，但不是其相位。相位重建技术，如希尔伯特变换或Kramers Kronig重建用于恢复这样的相位。我们报告了这些方法的性能和如何优化重建的配置文件的研究。
2014-07-02 physics.acc-ph
Resonant Diffraction Radiation and Smith-Purcell Effect
已经开发了一种方法，其中Smith-Purcell辐射（SPR），即电子移动接近周期性结构的发射，被视为共振衍射辐射。简单的公式已被设计为SPR强度的光栅具有完美的导电带间隔的真空间隙。结果已与通过其他技术获得的。已经表明，对于相对论情况，所述光栅的辐射强度充分超过由周期性变形的连续表面构成的光栅的SPR强度。
1998-04-13 physics.acc-ph
Smith-Purcell radiation driven by plasma accelerated beam
史密斯-珀塞尔辐射作为一种很有前途的太赫兹辐射源，已经被研究了几十年。已经提出了各种结构设计和梁配置。本文报道了我们最近对等离子体尾场加速电子束驱动的Smith Purcell辐射的探索。
2018-08-06 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Internal Smith-Purcell radiation and its interplay with Cherenkov diffraction radiation in silicon -- a combined time and frequency domain numerical study
我们考虑由平行于平面矩形硅光栅的电子传播产生的辐射：史密斯-珀塞尔辐射到真空侧，内部史密斯-珀塞尔辐射到电介质中，切伦科夫辐射到电介质中。在常规Smith-Purcell辐射被禁止的范围内，内部Smith-Purcell辐射优于其他两种辐射机制。这一观察结果可能会导致非接触式粒子束监测器的改进设计。
2021-05-17 physics.acc-ph physics.optics
Smith-Purcell Radiation from Rough Surfaces
本文考虑带电粒子在非均匀表面上平行运动时的辐射。在一个单一的形式主义周期性和随机光栅进行检查。对于周期性非均匀表面，我们推导出色散关系和光谱角强度的新表达式。特别地，对于给定的观察方向，发射两个波长，而不是标准史密斯-珀塞尔效应的一个波长。对于粗糙表面，我们表明，辐射强度的主要贡献是由两种介质之间的界面上诱导的表面极化激元。这些极化激元在粗糙表面上被多次散射，并转化为真实的光子。计算了光谱角强度，并揭示了它对不同参数的依赖关系。
2010-10-09 physics.acc-ph
Numerical modeling of a table-top tunable Smith-Purcell Terahertz free-electron laser operating in the super-radiant regime
太赫兹（THz）辐射占据了电磁波谱的很大一部分，并且由于其能够深入渗透到许多有机材料中而没有与电离辐射（例如X射线）相关联的损伤的能力而引起了最近的兴趣。产生大量可调谐窄带THz辐射的一种途径是基于Smith-Purcell自由电子激光（SPFEL）效应。在这封信中，我们提出了一个简单的概念，一个紧凑的两级可调谐SPFEL工作在超辐射制度能够辐射在光栅的基本聚束频率。我们证明了它的能力和性能，通过计算机模拟使用共形时域有限差分电磁求解器{ \sc vorpal}。
2010-04-10 physics.acc-ph
Comparison of coherent Smith-Purcell radiation generated by 6.1 MeV electron beam in metal and dielectric lamellar gratings
从理论和实验上比较了聚束电子束在金属和介质薄片光栅中产生毫米波段的相干Smith-Purcell辐射。为了进行理论估算，提出了一种既适用于介质光栅又适用于金属光栅的简单模型。使用提取的聚束6.1兆电子伏的电子束在核物理研究所（托木斯克理工大学）的电子回旋加速器进行了实验比较。理论估算和实验数据都表明了金属光栅和介质光栅的辐射特性的差异。在小于相干阈值的波长范围内，介质光栅的辐射具有非单调的峰值结构，且比金属光栅的辐射更强。这些差异对研究和开发亚太赫兹和太赫兹波段的新型紧凑型单色辐射源具有重要意义。
2010-05-16 physics.acc-ph
Monochromaticity of coherent Smith-Purcell radiation from finite size grating
通过实验和数值模拟研究了相干Smith-Purcell辐射（SPR）的光谱特性。在KEK LUCX装置上对不同衍射级的SPR谱线形状进行了测量。测量中使用了一对室温肖特基势垒二极管（SBD）探测器，灵敏度分别为$60-90$ ~GHz和$320-460$ ~GHz。合理的协议的实验结果和模拟与CST工作室套件进行证明使用不同的窄带SBD探测器，以调查不同的SPR衍射级。结果表明，SPR谱线的单色性随衍射级数的增加而增加。在亚太赫兹频率范围内的相干跃迁辐射和相干SPR强度的比较表明，两种辐射机制的亮度是相当的。讨论了SPR谱线微调的可行性。
2017-01-11 physics.acc-ph
Parametric X-ray radiation in the Smith-Purcell geometry for non-destructive beam diagnostics
研究了极非对称衍射条件下，超相对论电子束团沿平行于晶体-真空界面、靠近晶体表面的\textit{vacuum}运动时的参量X射线辐射（PXR）。当粒子束的自场与反射金属光栅相互作用时，这种类型的几何形状与众所周知的辐射产生机制一致，即史密斯-珀塞尔效应。我们证明，在这种几何形状的主要贡献是通过一个尾部区域的光束分布，穿透晶体和X射线辐射沿法线的晶体表面。我们确定了电子束的特性，当这种现象可以观察到。重要的是，在这种几何形状中，大多数电子不会经历多次散射，因此粒子束的特性不会改变，从而允许将发射的X射线用于非破坏性束诊断的目的，这可以补充传统的刀口方法。
2018-12-18 physics.acc-ph
Transition radiation on semi-infinite plate and Smith-Purcell effect
史密斯-珀塞尔辐射通常是在电子通过金属条纹光栅时测量的。然而，对于高频（超过光栅材料的等离子体频率），没有材料可以被视为导体，但应该被视为具有等离子体样介电常数的电介质。因此，为了描述高频范围内的史密斯-珀塞尔辐射，需要新的理论方法。在本文中，我们应用简单的变体程函近似早期开发的情况下，辐射的一组平行的半无限介质板。所获得的公式描述了由粒子产生的辐射，所述粒子既穿过板（传统上称为“过渡辐射”），又在真空中在由板的边缘形成的光栅上移动（传统上称为“衍射辐射”，并且考虑到板布置的周期性，称为史密斯-珀塞尔辐射）。
2010-06-21 physics.acc-ph physics.class-ph
Smith-Purcell radiation from a charge moving above a finite-length grating with rectangular profiles
Smith-Purcell辐射是由靠近衍射光栅的表面通过的带电粒子束产生的，该衍射光栅的发射辐射强度对光栅轮廓的形状具有很强的依赖性。对于相对论电子束，在实际的SPR装置中，考虑光栅周期数是很重要的。本文利用模式匹配方法，对平行于具有有限矩形槽的理想导电光栅作匀速运动的三维相对论电子束的Smith-Purcell辐射进行了理论研究。该模型为利用SPR相互作用产生太赫兹波和利用SPR无损测量束团长度提供了一种新的有效工具。
2020-04-12 physics.acc-ph physics.app-ph
Frequency-domain calculation of Smith-Purcell radiation for metallic and dielectric gratings
在频域模拟中比较了金属光栅和电介质光栅（硅，二氧化硅）的史密斯-珀塞尔辐射强度。数值模型进行了讨论，并验证了切伦科夫辐射的Frank-Tamm公式。对于30 keV的电子，矩形介电光栅的效率比它们的金属对应物低，对于硅低一个数量级，对于二氧化硅低两个数量级。对于所研究的所有光栅，由于光栅中的电磁谐振，辐射强度随光栅齿高振荡。三维和二维数值模型进行了比较。
2020-09-05 physics.acc-ph physics.optics
Diffraction and Smith-Purcell radiation on the hemispherical bulges in a metal plate
本文考虑了金属平面内半球形凸起附近的带电粒子匀速运动所产生的辐射。针对非相对论粒子和理想导体目标的情况，建立了基于镜像法的辐射过程描述。计算了单个凸起上衍射辐射的谱角密度和谱密度（以及周期性凸起串上的Smith-Purcell辐射）。的情况下，相对论性入射粒子的应用程序的可能性的方法进行了讨论。
2017-10-09 physics.acc-ph physics.class-ph
Longitudinal bunch profile diagnostics in the 50fs range using coherent Smith-Purcell radiation
我们已经考虑了使用相干Smith-Purcell辐射的50 fs（FWHM）长的电子聚束的纵向轮廓的单次射击测定的可能性。该长度对于目前由激光尾场加速产生的聚束是典型的，并且处于通过替代技术（例如电光采样）可实现的极限。它的结论是，有没有障碍，无论是理论上还是实验上，在实施这种技术。周期为15、85和500微米的一组三个光栅将在10-1000微米的波长范围内产生可检测的能量，这应该足以通过Kramers-Kronig技术重建聚束形状。对于109个电子或更多的聚束电荷，辐射能量可以由室温热释电探测器探测到。还考虑了该技术可能扩展到更短长度的限制。
2009-12-09 physics.acc-ph physics.ins-det
Inverse Smith-Purcell effect near rough surfaces
研究了平行于粗糙表面运动的电子对光子的吸收，在弱散射区计算了单光子吸收的几率。它示出的吸收概率与扩散的贡献变得大的一个林/l因子相比，与单散射贡献的类似结果。概率的最大值发生在红外波长处，并且强烈地依赖于粒子能量。我们还讨论了二维周期性表面轮廓的情况下，并指出最大吸收概率的最佳条件。所得结果可用于电子能量增益谱和激光驱动加速。
2013-09-06 cond-mat.mes-hall physics.acc-ph
Efficiency of gratings for silica fiber-coupled internal Smith-Purcell radiation and Cherenkov diffraction radiation -- a quantitative numerical study
本文通过定量数值模拟研究了基于二氧化硅和硅光栅的内部史密斯-珀塞尔辐射与切伦科夫衍射辐射效率，分析了不同辐射级次的光谱特性，并提出该装置可作为非侵入式粒子束监测器原型。
2023-10-31 physics.acc-ph physics.optics
Eikonal Approximation and the Conical Effect in Smith-Purcell Radiation
在跃迁辐射理论中，利用程函近似，研究了粒子垂直入射到半无限介质板上的衍射和跃迁辐射。这种方法对于高辐射频率域（其中板材料的介电常数接近单位）是有效的，包括X射线域。在本报告中，这种方法适用于斜入射的情况下的颗粒上的板（但平行于板的边缘），以及定期设置这样的板（史密斯-珀塞尔辐射）。粒子的斜入射（在单个平板的情况下和在这种平板的周期性光栅的情况下）导致最近观察到的辐射角分布中的所谓圆锥效应。我们指出，这种效应的根源在于入射粒子场在板块中产生的扰动沿板块边缘的超光速运动。类似的效应出现在各种物理情况中。此外，我们比较我们的结果使用不同的技术。
2019-11-11 physics.acc-ph physics.class-ph
Investigation of resonant polarization radiation of relativistic electrons in gratings at small angles
在托木斯克同步加速器和6 MeV电子回旋加速器上，研究了Smith-Purcell几何结构下的共振光偏振辐射（ROPR）和倾斜光栅的共振光偏振辐射。在200 MeV电子束的4.2 °和6.2 MeV电子束的5 °处观察到极化辐射。在这两种情况下，使用了两种测量ROPR最大值的方法。在第一种情况下（同步加速器的实验），我们使用滤光片固定了辐射的波长;测量了这种辐射的取向依赖性。在这种依赖关系中，我们观察到两个峰值的辐射电子在金箔光栅的0.1毫米周期。第一个大峰是镜面反射方向的零级峰，第二个大峰是共振偏振辐射的一级峰。在回旋加速器实验中，测量了周期为0.2mm的Smith-Purcell结构铝箔条形光栅的ROPR谱，观察到了一阶Smith-Purcell辐射峰。并将所得数据与模拟结果进行了比较。
2002-08-27 physics.acc-ph
Synchrotron and Smith-Purcell radiations from a charge rotating around a cylindrical grating
本文研究了电荷绕圆柱对称导体旋转时的辐射。首先考虑了均匀介质中绕导电圆柱旋转的电荷问题。计算了圆柱表面的电荷和电流密度。导出了辐射强度的谱角密度公式。在第二部分中，我们研究了电荷绕平行于圆柱轴线的金属条圆柱面上的衍射光栅旋转时的辐射。光栅对辐射强度的影响近似于由旋转电荷场在条带上感生的表面电流。导出了电场和磁场的表达式以及给定谐波辐射强度的角密度的表达式。我们表明，同步加速器和史密斯-珀塞尔辐射之间的干扰可能会导致有趣的功能。特别是，大谐波上的辐射强度的行为可以从本质上不同于在真空中或围绕固体圆柱旋转的电荷。与这些极限情况不同，对于衍射光栅的几何形状，高次谐波上的辐射强度对于相对于圆柱轴的小角度不会消失。对于给定的装药特性，通过选择衍射光栅的参数，可以在装药旋转平面的法线附近具有高度定向的辐射。随着能量的降低，同步辐射的相对贡献减小，Smith-Purcell部分占主导地位。
2016-07-06 physics.acc-ph physics.class-ph
Smith-Purcell radiation on a surface wave
本文研究了在平面界面上激发的任意形状的表面波上的电子辐射。对于一个电子聚束的条件下，指定的总辐射基本上超过非相干部分。结果表明，对于波长远短于束团纵向特征尺寸的波，束团纵向电子密度分布不对称时的辐射是部分相干的。
2010-10-11 cond-mat.other hep-th physics.acc-ph
Study of Short Bunches at the Free Electron Laser CLIO
CLIO是一种基于电子枪的自由电子激光。在其正常操作模式下，它提供电子8脉冲，但正在进行研究，以缩短脉冲约1 ps。我们报告的模拟显示如何可以缩短脉冲和预期的信号产量从几个聚束长度诊断（相干跃迁辐射，相干Smith Purcell辐射）。
2016-05-05 physics.acc-ph
Laser-based acceleration of non-relativistic electrons at a dielectric structure
报道了一个电介质激光加速熔融石英光栅附近非相对论电子的原理验证实验。光栅结构用于产生电磁表面波，该电磁表面波与28 keV电子同步行进并有效地向28 keV电子施加动量。我们观察到的最大加速度梯度为25 MeV/m。我们详细研究了参数依赖关系，并找到了很好的协议与数值模拟。随着紧凑和高效的光纤激光器技术的可用性，这些发现可能为全光学紧凑型粒子加速器铺平道路。这项工作也代表了反史密斯-珀塞尔效应在光学制度的演示。
2013-08-02 physics.acc-ph physics.optics
Shadowing of the electromagnetic field of a relativistic electron
在相干辐射源（衍射辐射、史密斯-珀塞尔效应等）中，基于经过材料辐射体的相对论电子，在辐射体的每个部分之后，在形成长度G2 L的数量级的距离上，电子自场被部分地遮蔽。研究了电子束团对相干衍射辐射的影响。吸收半平面屏幕被放置在不同的距离L之前的标准DR源（倾斜半平面镜）。当屏幕处于小L且与反射镜同侧时，DR强度降低。当屏幕在相对侧时，没有观察到减少。遮蔽效应可以显著地降低长辐射体中的总辐射能量。
2009-01-17 physics.acc-ph
"Shadowing" of the electromagnetic field of relativistic charged particles
在基于相对论性电子穿过或靠近不透明屏的辐射过程（例如跃迁辐射、衍射辐射等）中，电子自场在屏后在形成长度$γ^2λ$量级的距离上被部分遮蔽。研究了电子束团对相干衍射辐射的影响。吸收和导电半平面屏幕被放置在不同的距离L之前的标准DR源（倾斜半平面镜）。当屏幕处于小L且与反射镜同侧时，辐射强度降低。当屏幕在相对侧时，没有观察到减少。值得注意的是，吸收和导电半平面屏幕产生相同的阴影效果。阴影效应是造成史密斯-珀塞尔辐射强度受限制的原因。
2009-12-17 physics.acc-ph
Investigation of the longitudinal component of an electron electromagnetic field under condition of the shadowing effect
本文介绍了在相对论电子电磁场横向分量阴影区中研究纵向分量的方法和实验结果。实验表明，在一个与地层长度相当的区域内，相对论电子电磁场的纵向分量不出现遮蔽效应。这对于理解Smith-Purcell辐射和其他辐射类型中阴影效应的可能性具有重要意义。
2011-01-04 physics.acc-ph physics.class-ph
Single-electron Nano-chip Free-electron Laser
本文研究单电子与纳米光栅介质波导耦合实现芯片尺寸自由电子激光，证明单个50 keV电子可产生1.5微米相干辐射，单电子串驱动可发射二次谐波强激光，为紧凑高亮度电子与光子源应用开辟新途径。
2022-05-18 physics.acc-ph physics.optics
Anomalous Photon-induced Near-field Electron Microscopy
我们揭示了自由电子与辐射相互作用的经典和量子机制，常见的各种辐射源（如自由电子激光，史密斯-珀塞尔），介质激光加速器（DLA）和光诱导近场电子显微镜（PINEM）。用相干量子电子波包（QEW）的初始条件模拟电子，其在相空间中的拓扑结构唯一地定义了三种相互作用机制（及其粒子-波二元性转变）的普遍区别：点粒子样加速，量子波函数（PINEM）和新报道的反常PINEM（APINEM）机制。APINEM的量子干涉拍能够提高后选择性电子显微术的光谱分辨率，粒子-波二元性转变揭示了量子电子与光相互作用的历史依赖性。
2019-02-06 cond-mat.mes-hall physics.acc-ph physics.ins-det
Superradiant and stimulated-superradiant emission of bunched electron beams
我们概述了从聚束带电粒子束的基本相干辐射发射过程。与来自与粒子数量成比例的随机电子束的辐射的自发发射相反，预聚束电子束可以通过（自发）超辐射（SP-SR）过程（在Dicke的意义上）发射与粒子数量平方成比例的自发相干辐射。在种子注入辐射场的作用下，受激超辐射（ST-SR）过程可以进一步增强聚束电子束的SP-SR相干发射。在本文中，这些相干辐射发射过程的单聚束和周期性聚束光束被认为是在辐射模式扩展模型。将相干自发发射的一般模型推广到非线性区域，特别是波荡器（摇摆器）相互作用：锥形增强受激超辐射放大（TESSA）。在锥形摆动器种子注入自由电子激光器中发生了SP-SR和TESSA过程。在这样的自由电子激光器中，在X射线区域中操作，这些过程与其他效应相交织。然而，这些基本的发射概念是有用的指导方针的策略，wiggler锥形效率和功率增强。在此基础上，回顾了基于SP-SR（相干波荡器辐射、同步辐射、Smith-Purcell辐射等）的相干辐射源的理论和实验，在太赫兹制度和正在进行的工作，在所有的光学频率制度，直到X射线的锥形摇摆器效率增强的概念。
2019-04-23 physics.acc-ph
