Оптическое излучение Смита-Парселла, генерируемое пучком электронов нерелятивистских энергий

• Автор: Вуколов, Артем Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 91 с. : ил.

Оглавление,

1 .Теоретические модели, описывающие эффект Смита-Парселла

1.1. Теория Ван ден Берга

1.1.1 Электромагнитное поле пучка электронов

1.1.2 Отраженное поле

1.2.Модель М.Кретчмара

1.2.1 Изображение заряд электрона над идеально проводящей поверхностью

1.2.2. Индуцированный ток с учетом деформации проводящей поверхности

1.2.3 Интенсивность излучения Смита-Парселла

1.2.4 Структурный фактор для решетки с треугольным профилем

2. Экспериментальная установка

2.1 Электронный микроскоп ЭММА-2У
4 2.2 Электронная пушка
2.3. Микровинт и система измерения параметров пучка
2.4 Оптическая система измерения
2.5 Система съема информации
2.6 Характеристики оптических решеток используемых в эксперименте
3. Исследование характеристик переходного излучения на пучке электронов с энергией Е<75кэВ
3.1 Спектр переходного излучения для пучка электронов низкой интенсивности
3.1.1 Диэлектрическая проницаемость аЛюминия
3.1.2 Зависимость интенсивности переходного излучения от энергии электронов
3.2 Сравнение экспериментальных результатов с теоретической моделью
4. Исследование излучения Смита-Парселла в оптическом диапазоне на пучке электронов с энергией <75кэВ
4.1 Измерение спектра излучения СП для перпендикулярного угла наблюдения
ИГ пролета электронов
4.1.1 Основные экспериментальные результаты

4.1.2 Обработка экспериментальных результатов
4>. 4.2 Сравнение экспериментальных результатов с теоретическими расчетами
4.3 Монохроматичность излучения Смита-Парселла
4.3.3 Влияние конечной угловой апертуры
4.3.1 Влияние горизонтальной расходимости
4.3.2 Влияние вертикальной расходимости
Заключение
Литература

В 1942 Франк [1] предсказал, что электрон, пролетающий близко к периодической структуре испускает поляризованный свет. Независимо, Салисбери [2] высказывал подобные идеи в 1949. Но только в 1953 году было получено первое экспериментальное подтверждение этого эффекта Смитом и Парселлом [3]. Они первыми наблюдали излучение в оптическом диапазоне длин волн, генерируемое электронами с энергией 300 кэВ, пролетающими над оптической решеткой.
Смит и Парселл предположили, что электромагнитное излучение генерируется движущимся “изображением” электрона, которое движется вдоль поверхности периодической структуры (решетки) (т.е. с поперечным ускорением), и получили дисперсионное соотношение из элементарного фазового соотношения:
Л, = 7~т (~ - cos 0), (1)
'Ц v0
Здесь Х„ - длина волны излучения n-го порядка; D - период решетки; п -порядок излучения; vo - скорость электрона; 0 - угол наблюдения излучения. После публикации Смитом и Парселлом результатов эксперимента [3] этот тип излучения был назван их именами. В их эксперименте использовалась оптическая решетка с периодом D=l,67 микрон и электронный пучок с энергией около 300 кэВ. Излучение, испускаемое под углами ©<30° по дисперсионному соотношению, соответствовало оптической области спектра. По оценке авторов в эксперименте необходимо было измерить выход излучения примерно 40x10'12 эрг. (приблизительно десять фотонов) на один миллиметр электронного пути над решеткой для пучка с током 1=5мкА.
Смит и Парселл использовали в эксперименте трубку индукционного ускорителя. Электронный пучок с диаметром в фокусе =0,15мм и расходимостью меньше чем 0.004рад проходил непосредственно чад решеткой длиной 48 мм. Излучение детектировалось под углом 10° и 20°. Свет собирался линзой и коллиматором, пропускался через спектрограф и фотографировался. Па рис.В1 показаны результаты, полученные Смитом и Парселлом. На рисунке изображена последовательность фотографий для различных энергий пучка электронов, полученные за время экспозиции бОсек.
5x10'
4x10'
3x10'
2x10'
1x10'
630 040 $50 860 570
длина волны. Л мм.
Рнс.2.16 Спектр излучения лазерного диода.
Мощность на входе с первым фильтром У0=3,7 мВт Мощность на входе со вторым фильтром V/1=0,78 мВт Коэффициент поглощения второго фильтра тл =12,97-10"7 Таким образом, коэффициент пересчета числа отсчетов:
к' = 3,1-10'

(2.9)
отсчет
Так как наши измерения проводились за определенное время на каждую точку, то число отсчетов нужно разделить на это время, чтобы получилось число отсчетов за секунду. Перевод единиц измерения спектра [отсчет], проводим по схеме:
АIV АЛ

отсчет Вт
им отсчет
(2.10)
2.5 Система съема информации.
Процесс измерения спектра излучения СП состоял в следующем (см. рис.2.17). Сигнал с ФЭУ предварительно формировался и усиливался блоком усилителей БУС2-97 (3) в стандарте ВЕКТОР с коэффициентом усиления к=512. На АЦП-712 подавался, предварительно усиленный, сигнал с цилиндра Фарадея