Волноводно-фокусирующая структура для высокоградиентного ускорения электронов пикосекундными импульсами терагерцового излучения

Предложена конструкция сверхширокополосной металло-диэлектрической структуры для высокоградиентного ускорения электронов полем ультракороткого терагерцового импульса. Она позволяет осуществлять эффективную фокусировку терагерцового пучка в канал движения электронов и их ускорение в условиях синхронизма с электромагнитным полем. Выполненное моделирование показало, что при использовании терагерцовых импульсов с длительностью положительной полярности электрического поля около 0,5 пс и энергией 2 мкДж, получаемых путём конверсии лазерного излучения в нелинейном кристалле, энергия электронов может быть увеличена с 50,0 до 55,7 кэВ на длине структуры 1 мм. Предложена схема демонстрационного эксперимента, в которой ускорение электронов до начальной энергии 50 кэВ осуществляется с помощью фотокатода в виде иглы, облучаемой тем же лазером, который создаёт ускоряющие терагерцовые импульсы.

На английском языке

Focusing waveguide structure for high-gradient electron acceleration by picosecond terahertz pulses

Bodrov S.B., Vikharev A.A., Kuzikov S.V., Stepanov A.N. and Fedotov A.E.

We propose an ultra-wideband metal-dielectric structure for high-gradient acceleration of electrons by the field of an ultrashort terahertz pulse. The structure effectively focuses the terahertz beam into the electron channel and accelerates particles under synchronism with the terahertz field. The simulations show that when using terahertz pulses obtained by conversion of laser radiation in a nonlinear crystal with a pulse energy of 2 μJ and an accelerating electric field duration of 0.5 ps, the electron energy can be increased from 50 to 55.7 keV in the structure with a length of 1 mm. A scheme for a demonstration experiment is proposed, assuming that an electron bunch with an initial energy of 50 keV is produced by a needle photocathode irradiated by the same laser that generates accelerating terahertz pulses.

DOI: https://doi.org/10.52452/00213462_2021_64_03_216

Пример ссылки для цитирования:

Бодров С.Б., Вихарев А.А., Кузиков С.В., Степанов А.Н., Федотов А.Э. Волноводно-фокусирующая структура для высокоградиентного ускорения электронов пикосекундными импульсами терагерцового излучения // Изв. вузов. Радиофизика. 2021. Т. 64, № 3. C. 216–226.