通过超表面的 Smith-Purcell 辐射探测空心电子束

空心电子束在当今的许多应用中备受青睐，但在探测方面仍具挑战性。本文聚焦于相对论性空心电子束在超表面上方传播时所产生的电磁辐射的独特性质。我们在理论上研究了相干模式下（提供最高强度）该辐射的具体特征，并表明空心电子束的辐射可比传统实心电子束的辐射强烈得多。这解决了区分空心电子束与实心电子束的问题。此外，我们考虑了空心电子束的双层内部结构，并揭示了辐射特性对每一层的宽度与粒子数敏感。这使得探测空心电子束的内部结构成为可能。有趣的是，我们发现描述环形电子束形状的因子在传统的形状因子中是一个独立的乘数，与周期性结构的性质无关。因此，我们可以得出结论：对于由不同拓扑和形状的 metaatom 构成的不同周期结构轮廓和超表面，我们的结果依然成立。这些结果为基于空心电子束的各种新兴应用铺平了道路，其主题非常广泛，例如纳米尺度上的物体操控、手性物质的研究、环形尾场中的等离子体加速，甚至包括在 LHC 等大型设施中用于控制质子束晕等应用。