利用纳米光子逆向设计提升 Smith-Purcell 辐射器效率
光学
2022-01-25 v3 应用物理
摘要
自由电子经过光栅产生辐射的现象称为 Smith-Purcell 辐射，其在包括无损束流诊断和可调谐光源（从太赫兹到 X 射线）等多种应用中发挥作用。迄今为止，用于此目的的光栅均基于人类直觉和简单几何形状手动设计。在此，我们应用基于计算机的纳米光子逆向设计技术构建了一个用于亚相对论性 30 keV 电子的 1400nm Smith-Purcell 辐射器。我们证明，所得硅纳米结构相比先前使用的矩形光栅，辐射效率高 3 倍，总功率高 2.2 倍。在更佳制造精度且相同电子-结构距离下，模拟表明峰值效率优势达 96 倍。虽然提高效率是自由电子辐射器实际应用所需的关键一步，逆向设计还允许以人类思维无法企及的方式塑造光谱和空间发射。
引用
@article{arxiv.2109.09437,
title = {Boosting the efficiency of Smith-Purcell radiators using nanophotonic inverse design},
author = {Urs Haeusler and Michael Seidling and Peyman Yousefi and Peter Hommelhoff},
journal= {arXiv preprint arXiv:2109.09437},
year = {2022}
}
备注
Accepted for publication in ACS Photonics