Излучение света свободными электронами в фотонных кристаллах времени
Фотонные кристаллы времени представляют собой пространственно-однородные среды, электромагнитная восприимчивость которых периодически изменяется во времени, вызывая временные отражения и преломления для любой волны, распространяющейся в среде. Отраженные во времени и преломленные во времени волны интерферируют, создавая режимы, или моды Флоке с полосами импульса, разделенными промежутками импульса, а не энергетическими полосами и энергетическими промежутками, как в фотонных кристаллах. Моды Флоке представляют собой так называемые «квази» режимы, которые естественным образом возникают в периодических структурах с помощью фазовой задержки.
Недавние экспериментальные разработки исследователей приоткрыли путь для реализации фотонных кристаллов времени: фотонных сред с сильными периодическими изменениями оптических свойств, происходящими в одноцикловых масштабах времени. Чтобы найти этот путь, ученые провели исследование испускания излучения свободными электронами в фотонных кристаллах времени и собрали необходимые данные с помощью лабораторных фотометров.
В процессе исследования было продемонстрировано, что свободный электрон, движущийся в кристалле, спонтанно испускает излучение, и когда он связан с режимами Флоке с разрывом импульса, процесс эмиссии электронов экспоненциально усиливается за счет модуляции показателя преломления. Более того, при сильной электронно-фотонной связи квантовая формулировка показывает, что спонтанное излучение фотона в полосу пропускания фотонного кристалла времени испытывает разрушительную квантовую интерференцию с излучением электрона в эту полосу пропускания.
Другими словами, излучение электронов на половине частоты модуляции увеличивается экспоненциально, извлекая свою энергию из модуляции. Когда электрон движется медленнее скорости света в среде, излучаемый свет полностью контролируется модуляцией. Это излучение и его нерезонансная природа являются перспективными для широко настраиваемых лазерных источников, получающих энергию за счет модуляции, эффективных ускорителей частиц на основе лазера и детекторов частиц с регулируемой чувствительностью к угловому разрешению. Все это приводит к подавлению взаимозависимого излучения.
Таким образом, физика свободных электронов в фотонных кристаллах времени предлагает платформу для изучения множества захватывающих явлений, таких как излучающие диполи, движущиеся с релятивистскими скоростями, и высокоэффективные квантовые взаимодействия со свободными электронами.
