Специалисты из Университета Цинхуа предложили новый эффект стимулированного ИСП, вызванного накачкой, и успешно наблюдали PIS-SPR на частоте около 0,3 ТГц с шириной линии излучения, непрерывно настраиваемой от 900 кГц до 0,3 кГц. Вдобавок, устройство получилось настолько компактным, что его можно держать в одной руке: размеры 22 см × 7 см × 6,5 см, масса всего 1,68 кг.

Устройство состоит из трех секций: секции предварительной группировки электронов, секции компрессии электронов и секции излучения гармоник, сообщает Phys. Ученые так описали принцип его работы:

«Низкочастотная и маломощная терагерцовая волна накачки возбуждает локализованную электромагнитную моду на решетке, которая предварительно группирует электронный пучок. Впоследствии эти предварительно сгруппированные электроны излучают сверхмощное ИСП на той же частоте, что и волна накачки. При помощи полости Фабри — Перо локализованная электромагнитная мода и электронная группировка усиливаются попеременно и непрерывно, что приводит к стимулированному ИСП, вызванному накачкой, а также к хорошо сгруппированным периодическим электронам. Наконец, используя решетку с малым периодом, идеальные электронные сгустки могут генерировать высокогармонический S-SPR».

В итоге ученым удалось преодолеть все три фактора, ухудшающих ширину линии излучения, а именно: нестабильность кинетической энергии электронов, кулоновский эффект и конечное число электронных сгустков.

Исследователи настроили ширину линии спектра излучения от 900 кГц до 0,3 кГц. По сравнению с предыдущими аналогами, благодаря новому устройству ширина линии может быть уменьшена примерно на 2–6 порядков, а ширина спектральной линии может настраиваться непрерывно в диапазоне от 0,3 кГц до 900 кГц.

Вдобавок, как выяснили ученые, устройство может работать в режиме обратного волновода без волны накачки. При этом наблюдались электронные сгустки и третья гармоника ИСП, но ширина линии была шире 1 МГц.

По мнению авторов, исследование расширяет возможности применения синхронизированных по частоте и настраиваемых пучков свободных электронов для взаимодействия с различными материалами и микро- или наноструктурами.

Большинство современных лазеров излучают свет на фиксированных длинах волн. Это ограничение можно преодолеть с помощью квантовых точек, но они недолговечны. Авторы нового исследования обещают решить эту проблему при помощи жидкостного лазера с квантовыми точками, который излучает синий, красный и зеленый свет.