《Radiation Physics and Chemistry》：Observation of coherent Cherenkov diffraction radiation modes in a long cylindrical Teflon radiator
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该研究通过实验分析了亚太赫兹频段内协同切伦科夫衍射辐射（ChDR）的谱特性，利用3.6 MeV电子束轰击长圆柱形Teflon目标体，结合Martin-Pupplett干涉仪和全频段肖特基二极管探测器，在30-140 GHz范围内观测到与理论高度吻合的离散谱线模式。研究揭示了介质结构对ChDR辐射特性的调控机制，为太赫兹光源开发及粒子束诊断提供新方法。
L. Sh. 格里戈里安 | A. P. 波蒂利琴 | P. V. 卡拉塔耶夫 | S. B. 达巴戈夫 | A. S. 库班金 | E. 尤. 基达诺娃 | V. N. 安东诺夫 | A. V. 维科洛夫 | I. A. 基辛 | 尤. M. 切列彭尼科夫 | M. V. 谢韦列夫 | B. A. 格里戈里安 | A. S. 瓦尔达尼扬 | H. D. 达夫蒂安 | V. R. 科查里安 | A. A. 萨哈里安 | H. F. 哈恰特良 | V. V. 马尔加良 | D. E. 巴格达萨良 | A. H. 牧尔奇扬
亚美尼亚共和国国家科学院应用物理问题研究所，Hr. Nersisyan街25号，埃里温0014
摘要
本文介绍了在亚太赫兹频率范围内对相干切伦科夫衍射辐射光谱模式进行的实验研究结果。实验中使用了长圆柱形特氟龙辐射器作为目标。位于埃里温的“利用光发射同步加速器研究促进自然发现中心”的先进研究电子加速器实验室提供了能量为3.6 MeV的电子源。辐射信号通过Martin-Pupplett干涉仪进行分析，并使用专为以下频率段设计的肖特基势垒二极管探测器进行记录：Q频段33至50 GHz，E频段60至90 GHz，F频段90至140 GHz。实验结果与理论计算进行了比较，显示出良好的一致性。切伦科夫衍射辐射在太赫兹和亚太赫兹频率范围内具有开发强光子源的巨大潜力，同时也可应用于粒子束诊断领域。
引言
介质对带电粒子产生的辐射特性的影响已被广泛研究。这种相互作用导致了多种辐射现象，包括切伦科夫辐射（ChR）、过渡辐射、衍射辐射等（参见[1]、[2]、[3]、[4]、[5]）。这些现象产生的电磁辐射覆盖了广泛的频率范围，并被用于粒子探测器和诊断仪器中。目前，提高切伦科夫光子产额以及增强辐射角度对速度变化的敏感度的理论和实验研究是一个活跃的研究领域。一种有前景的方法是使用新型发射器，如二维（2D）材料、光子晶体、超材料以及负折射率材料作为辐射介质（参见[6]、[7]、[8]、[9]及其中的参考文献）。此外，通过将测量的辐射光谱和角度特性与理论预测进行比较，可以确定介质的相关参数。
最近，当带电粒子在介电界面附近或平行于界面移动时产生的切伦科夫衍射辐射（ChDR）引起了广泛关注[10]。ChDR因其在粒子加速器领域开发新型非侵入式仪器方面的潜力而受到重视[11]、[12]、[13]、[14]。另一个研究热点是介电目标表面几何形状对辐射特性的影响；选择合适的表面几何形状可以为控制辐射的角频率特性提供额外的手段。已有研究针对多种几何结构进行了探讨（参见[15]、[16]、[17]、[18]、[19]、[20]、[21]、[22]、[23]、[24]、[25]及其中的参考文献）。我们进行了一个实验，观察了粒子束穿过长辐射器中的孔洞时的现象[26]。从本质上讲，这一过程与ChDR相同；然而，当孔洞半径与辐射波长相当或更小时，其特性几乎与经典切伦科夫辐射一致[27]。
关于介电波导中切伦科夫辐射的研究在文献中已有大量报道（综述见[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[10]）。其中大部分研究集中在波导内周期性结构产生的辐射上（参见[28]、[29]、[30]、[31]、[32]、[33]、[34]、[35]、[36]、[37]、[38]、[39]、[40]及其中的参考文献）。Curcio等人[12]研究了充满层状（空间周期性）介质的无限波导中带电粒子的辐射现象，但未涉及切伦科夫辐射的产生过程。此前在[31]、[32]、[33]、[34]的研究中已经指出，波导的周期性填充可能导致切伦科夫辐射的自放大效应。
在之前的理论研究中[42]，我们探讨了沿圆形波导轴线运动的等间距电荷链产生的切伦科夫辐射，并展示了在宽频率范围内生成准相干辐射的可能性。在后续的研究[43]中，我们研究了沿无限介电填充的圆柱形波导内空腔通道轴线传播的电子束列产生的准相干切伦科夫辐射，并表明可以在多个相邻波导模式中同时产生共振切伦科夫辐射。
Cook等人[44]报告了使用亚皮秒级电子束在空心介电衬里的圆柱形波导轴线传播时产生的窄带太赫兹相干切伦科夫辐射的观测结果。Andonian等人[45]报道了从电子束列中观测到共振激发产生的相干切伦科夫辐射的现象。在我们之前的工作[26]中，我们展示了使用熔融石英制成的空心圆柱形目标时，皮秒级电子束产生的相干切伦科夫辐射的角分布实验结果。
在本文中，我们描述了在AREAL（先进研究电子加速器实验室）线性加速器[46]进行的新实验结果，研究了亚太赫兹（30-140 GHz）频率范围内切伦科夫辐射的光谱分布，并观察到了一系列离散的光谱模式。这些模式在光谱中的位置及其绝对宽度与理论预期相符。
实验装置
实验部分在位于埃里温的“利用光发射促进自然发现中心”同步加速器研究所（CANDLE）的AREAL线性加速器上进行[46]。AREAL加速器使用光阴极射频枪产生电子束，该光阴极受到强紫外激光的照射，从而实现电子的光电发射，从而能够控制电子束的特性
理论分析
为了解释实验数据，我们从两个简化的模型出发进行了理论分析。
结果与分析
测量工作使用了三个基于超快肖特基势垒二极管的探测器完成。图10展示了DXP-22探测器的示例信号，其典型响应宽度仅为2纳秒。信号分析使用的是带宽为500 MHz的Tektronix DPO7054C示波器。测量单位采用峰峰值幅度。开头的负尖峰是由于采集和传输线路中的小电容引起的。
图11显示了测量结果
总结
切伦科夫衍射辐射（ChDR）仍然是重要的电磁辐射源，在当代基础研究和应用研究中具有价值。本文报告了在亚太赫兹频率范围（30-140 GHz）内，由沿空心圆柱形目标轴线运动的短电子束驱动产生的相干切伦科夫辐射的光谱分布的实验观测结果。
作者贡献声明
巴格拉特·格里戈里安：资源提供、研究设计、概念构思。列冯·格里戈里安：初稿撰写、研究设计、概念构思。米哈伊尔·谢韦列夫：修订与编辑、研究工作、形式分析。尤里·切列彭尼科夫：修订与编辑、研究工作、形式分析。阿尔塔克·牧尔奇扬：修订与编辑、资源协调、项目管理、方法论设计。伊万·基辛：初稿撰写、软件开发、研究工作、形式分析。苏丹·达巴戈夫：撰写工作——
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究工作的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究部分得到了亚美尼亚共和国高等教育与科学委员会的支持，属于研究项目N? 21AG-1C069的资助范围。P. 卡拉塔耶夫还获得了伦敦大学皇家霍洛威学院约翰·亚当斯加速器科学研究所的科学和技术设施委员会的资助（资助编号ST/V001620/1）。
