Smith–Purcell Radiation Driven by the Field of a Standing Laser Wave

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Smith–Purcell radiation is well known as a source of quasi-monochromatic electromagnetic radiation that occurs when fast electrons move above a diffraction grating. In this paper, we calculated the Smith–Purcell radiation generation from a flat surface along which there is a field of a standing laser wave. A periodically changing laser field induces a periodic inhomogeneity in the distribution of electrons in the near-surface layer. This periodicity, being an analogue of a diffraction grating, leads to the possibility of generating Smith–Purcell radiation. It is shown that the properties of Smith–Purcell radiation from such an unusual “light” grating are also unusual: the dispersion relation, unlike the standard for Smith–Purcell radiation, does not contain diffraction orders, so that all radiation is concentrated in one peak. The calculated effect makes it possible to control the radiation frequency or angle by changing the laser frequency and may be of interest for the development of new compact radiation sources with tunable characteristics and for non-invasive diagnostics of relativistic electron beams.

About the authors

A. A. Tishchenko

National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute); Laboratory of Radiation Physics, Belgorod National Research University

Author for correspondence.
Email: tishchenko@mephi.ru
115409, Moscow, Russia; 308034, Belgorod, Russia

References

  1. S. J. Smith and E.M. Purcell, Phys. Rev. 92, 1069 (1953).
  2. И.М. Франк, Известия АН СССР, сер. Физ. 6, 3 (1942).
  3. Б.М. Болотовский, Г.В. Воскресенский, УФН 88, 209-251 (1966)
  4. B.M. Bolotovskii and G.V. Voskresenskii, Sov. Phys. Usp. 9, 73 (1966).
  5. Б.М. Болотовский, Г.В. Воскресенский, УФН 94, 378 (1968)
  6. B.M. Bolotovskii and G.V. Voskresenskii, Sov. Phys. Usp. 11, 143 (1968).
  7. S. J. Glass and H. Mendlowitz, Phys. Rev. 174, 57 (1968).
  8. V.P. Shestopalov, The Smith-Purcell Effect, Nova Science Publishers, Commack, NY (1998).
  9. G. Doucas, J.H. Mulvey, M. Omori, J. Walsh, and M. F. Kimmitt, Phys. Rev. Lett. 69, 1761 (1992).
  10. P. Rullhusen, X. Artru, and P. Dhez, Novel Radiation Sources Using Relativistic Electrons, World Scientific, Singapore (1998).
  11. A.P. Potylitsyn, Phys. Lett. A 238, 112 (1998).
  12. Y. Shibata, S. Hasebe, K. Ishi, S. Ono, M. Ikezawa, T. Nakazato, M. Oyamada, S. Urasawa, T. Takahashi, T. Matsuyama, K. Kobayashi, and Y. Fujita, Phys. Rev. E 57, 1061 (1998).
  13. G. Kube, H. Backe, H. Euteneuer, A. Grendel, F. Hagenbuck, H. Hartmann, K.H. Kaiser, W. Lauth, H. Schope, G. Wagner, Th. Walcher, and M. Kretzschmar, Phys. Rev. E 65, 056501 (2002).
  14. М.И. Рязанов, М.Н. Стриханов, А.А. Тищенко, ЖЭТФ 126, 349 (2004)
  15. M. I. Ryazanov, M.N. Strikhanov, and A.A. Tishchenko, JETP 99, 311 (2004).
  16. I. Kaminer, S.E. Kooi, R. Shiloh, B. Zhen, Y. Shen, J. J. L'opez, R. Remez, S.A. Skirlo, Y. Yang, J.D. Joannopoulos, A. Arie, and M. Soljaˇci'c, Phys. Rev. X 7, 011003 (2017).
  17. C. Roques-Carmes, S.E. Kooi, Y. Yang, A. Massuda, P.D. Keathley, A. Zaidi, Y. Yang, J.D. Joannopoulos, K.K. Berggren, I. Kaminer, and M. Soljaˇci'c, Nat. Commun. 10, 3176 (2019).
  18. F. J. Garci'a de Abajo, Rev. Mod. Phys. 82, 209 (2010).
  19. N. Rivera and I. Kaminer, Nat. Rev. Phys. 2, 538 (2020).
  20. A.A. Tishchenko and D.Yu. Sergeeva, Phys. Rev. B 100, 235421 (2019).
  21. T. Ochiai and K. Ohtaka, Opt. Express 13, 7683 (2005).
  22. N. Horiuchi, T. Ochiai, J. Inoue, Y. Segawa, Y. Shibata, K. Ishi, Y. Kondo, M. Kanbe, H. Miyazaki, F. Hinode, S. Yamaguti, and K. Ohtaka, Phys. Rev. E 74, 056601 (2006).
  23. D. Yu. Sergeeva, A.A. Tishchenko, and M.N. Strikhanov, Nucl. Instrum. Methods B 402, 206 (2017).
  24. D. I. Garaev, D.Yu. Sergeeva, and A.A. Tishchenko, Phys. Rev. B 103, 075403 (2021).
  25. А.А. Тищенко, Д.Ю. Сергеева, Письма в ЖЭТФ 115, 762 (2022)
  26. D.Yu. Sergeeva and A.A. Tishchenko, JETP Lett. 115(12), 713 (2022).
  27. D.Yu. Sergeeva, D. I. Garaev, and A.A. Tishchenko, JOSA B 39, 3275 (2022).
  28. Y. Yang, A. Massuda, C. Roques-Carmes, S.E. Kooi, T. Christensen, S.G. Johnson, J.D. Joannopoulos, O.D. Miller, I. Kaminer, and M. Soljaˇci'c, Nature Phys. 14, 894 (2018).
  29. L. Liang, W. Liu, Y. Liu, Q. Jia, L. Wang, and Y. Lu, Appl. Phys. Lett. 113, 013501 (2018).
  30. A. Pizzi, G. Rosolen, L. J. Wong, R. Ischebeck, M. Soljaˇci'c, T. Feurer, and I. Kaminer, Adv. Sci. 7, 1901609 (2020).
  31. D.Yu. Sergeeva, A. S. Aryshev, A.A. Tishchenko, K.E. Popov, N. Terunuma, and J. Urakawa, Opt. Lett. 46, 544 (2021).
  32. A. Karnieli, D. Roitman, M. Liebtrau, S. Tsesses, N.V. Nielen, I. Kaminer, A. Arie, and A. Polman, Nano Lett. 22, 5641 (2022).
  33. R. Remez, A. Karnieli, S. Trajtenberg-Mills, N. Shapira, I. Kaminer, Y. Lereah, and A. Arie, Phys. Rev. Lett. 123, 060401 (2019).
  34. D.V. Karlovets and A.M. Pupasov-Maksimov, Phys. Rev. A 103, 012214 (2021).
  35. A. Pupasov-Maksimov and D. Karlovets, Phys. Rev. A 105, 042206 (2022).
  36. Z. Chen, M. Jin, L. Mao, X. Shi, N. Bai, and X. Sun, Opt. Lett. 47, 2911 (2022).
  37. М.Л. Тер-Микаелян, Влияние среды на электромагнитные процессы при высоких энергиях, Изд-во АН АрмССР, Ереван (1969)
  38. M. L. Ter-Mikaelian, High-Energy Electromagnetic Processes in Condensed Media, Wiley-Interscience, N.Y. (1972).
  39. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц, Электродинамика сплошных сред, Курс теоретической физики, Наука, M. (1992), т. 8
  40. L.D. Landau and E.M. Lifshitz, Electrodynamics of Continuous Media, Pergamon Press, Oxford (1993).
  41. B. Crockett, J. van Howe, N. Montaut, R. Morandotti, and J. Azana, Laser Photonics Rev. 16, 2100635 (2022).
  42. E. Ridente, M. Mamaikin, N. Altwaijry, D. Zimin, M. F. Kling, V. Pervak, M. Weidman, F. Krausz, and N. Karpowicz, Nature Commun. 13, 1111 (2022).
  43. R. Pompili, M. P. Anania, M. Bellaveglia, A. Biagioni, G. Castorina, E. Chiadroni, A. Cianchi, M. Croia, D. Di Giovenale, and M. Ferrario, New J. Phys. 18, 083033 (2016).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2023 Российская академия наук

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».