Создание компактного и мощного источника терагерцевого излучения может сыграть решающую роль в реализации огромного прикладного потенциала этих волн миллиметрового диапазона.

В недавней статье, опубликованной в Applied Physics Letters, сотрудники Национальной Лаборатории Ускорителя SLAC при Стэнфордском университете представили разработанную ими механическую конструкцию подобного излучателя.

Их подход основан на взаимодействии пучка электронов в вакуумной лампе с металлической полостью особой формы. Электроны попадая внутрь возбуждают электромагнитное излучение, длина волны которого определяется размерами полости.

Уменьшение габаритов полости приводит к ряду нежелательных последствий, таких как падение выходной мощности излучения, сильный нагрев и усложнение производства.

Конструкция, созданная в лаборатории SLAC, свободна от этих недостатков. Устранить их удалось, использовав полость очень больших размеров по сравнению с длиной генерируемых волн.

Фактически, новое устройство содержит две разные полости. Одна из них использует микроволны, чтобы вовлечь электроны, испускаемые электронной пушкой, в спиральное движение в другой полости — с широким входным отверстием.

Получаемое в результате вращающееся электрическое поле генерирует во второй полости выходящее терагерцевое излучение. Пучок электронов и поле синхронно движутся вдоль края полости, создавая эффект «шепчущей галереи». Это явление изначально было описано для Собора Святого Петра в Лондоне, где звуковые волны, распространяясь под куполом, обеспечивают отличную слышимость во всех уголках помещения.

Из-за особой формы вторая полость порождает излучение с длиной волны в пять раз меньше, чем у входящего в первую полость микроволнового. Таким образом, спектр сигнала на выходе смещается в терагерцевую область.

Эксперименты в Клистронной лаборатории SLAC показали, что созданное устройство стабильно испускает волны длиной около 5 мм в мощностью на выходе 50 Вт. Согласно выполненным расчётам, мощность такого источника можно увеличить на целых три порядка. Теперь авторы работают над уменьшением длины волны примерно до миллиметра.