800MeV电子束激发周期性表面结构的特异Smith-Purcell辐射研究

The special Smith-Purcell radiation (S-SPR) from a periodical surface has remarkable higher intensity than the ordinary Smith-Purcell radiation. Its monochromaticity and directivity are also much better, which may bring broad applications in the electromagnetic radiation, beam diagnostics, and particle accelerators. This program explore the S-SPR from metal grating and nano-scale periodic surfaces with the 800 MeV electron bunches at the Hefei synchrotron radiation equipment. The theoretical analyses, computer simulations, and experiments will be carried out on the mechanisms, requirements, and characteristics of the S-SPR, especially in the terahertz and visible light region. The studies will provide references for the developments of the terahertz radiation sources, beam diagnostics, and particle accelerators based on the S-SPR.

匀速带电粒子掠过周期表面结构激发的特异Smith-Purcell辐射是申请人最近揭示的一种新的电磁辐射现象。与普通Smith-Purcell辐射相比，它具有明显不同的物理机制，且具有更高的辐射功率，更好的单色性和方向性，在作为辐射源、束流诊断、以及新型加速器等方面具有重要的应用前景。本项目将基于合肥同步辐射装置的800MeV电子束流深入研究这一辐射现象，拟采用理论分析、计算机仿真和实验相结合的方法探索该辐射的物理机制、辐射条件和辐射特性，着重考察太赫兹频段金属光栅和可见光频段微纳周期表面结构产生的特异Smith-Purcell辐射，为发展基于特异Smith-Purcell辐射效应的新型太赫兹辐射源、束流诊断技术以及新型粒子加速器提供理论和实验参考。

匀速带电粒子激励周期表面结构所产生的特异Smith-Purcell辐射是申请人揭示的一类电磁辐射现象。它比普通Smith-Purcell辐射具有更高的辐射功率，更好的单色性和方向性。本项目基于合肥同步辐射装置的电子束流参数深入研究了这一辐射，采用理论分析、计算机仿真和实验相结合的方法探索了该辐射的物理机制、辐射条件和辐射特性，考察了其在太赫兹频段和可见光频段的关键技术问题，为发展基于特异Smith-Purcell辐射的新型太赫兹辐射源提供了重要理论依据和参考。.主要研究成果可以归纳如下：.1）提出并研究了基于双电子注激励双光栅的特异Smith-Purcell辐射太赫兹源方案，该辐射源可以两个模式工作，辐射频率分别为0.1太赫兹～0.5太赫兹和0.3太赫兹～1.5太赫兹，为发展紧凑型大功率太赫兹源提供了参考；.2）提出并研究了基于超材料薄膜阵列与金属光栅相互耦合产生增强的特异Smith-Purcell辐射的方案，为进一步提高特异Smith-Purcell辐射强度提供了方向；.3）提出并研究了利用片状电子注与二维亚波长孔阵列相互作用的多维度可调控特异Smith-Purcell辐射，为发展多频率、多方向可调控的特异Smith-Purcell辐射提供了依据。.4）提出并研究了基于预聚束电子的特异Smith-Purcell辐射源方案，为发展多色、宽谱可调的太赫兹源提供了参考。.总体上完成了项目拟定的主要研究目标。.项目执行过程共发表SCI/EI学术论文26篇，其中一半以上为本领域顶级期刊论文，获授权发明专利9项，申请发明专利（待授权）8项，研究成果超额完成计划目标。权威期刊综述文章用专门一节对项目研究成果进行了系统报道，给与了高度评价。项目执行期间联合培养毕业的博士生3名，毕业硕士生2名，1名硕士生转读博士生，另外新加入2名在读博士生，2名在读硕士生，其中2名获得了研究生国家奖学金，1名获得2018年度研究生光华奖学金，1名获加速器学校优秀学生报告奖，1名硕士毕业生前往曼彻斯特大学攻读博士并获得全额奖学金，完成了人才培养计划。