调制自由电子量子波包的自发与受激辐射——半经典分析

本文给出未调制与光调制电子量子波包自发与受激辐射的半经典分析。我们表明，波包的辐射发射/吸收及相应的减速/加速取决于可控的“依赖历史”的波包尺寸。当波包尺寸（持续时间）相对于辐射波长较短时，辐射相互作用的特征接近于经典点粒子模型的预言。另一方面，在长尺寸波包极限下，相互作用是量子力学的，并在高频处呈指数衰减。我们通过 Smith-Purcell 辐射方案举例说明这些效应，并证明若波包被光调制且周期性聚束，则其在调制频率的谐波处表现出超出高频截止极限的有限辐射发射。此外，辐射分析进一步扩展到相位关联的调制电子波包束的超辐射发射情形。这种依赖波包的发射过程展示了经典到量子转变的辐射特征，指出了测量量子电子波包尺寸的途径，并暗示了探索光与物质相互作用的新方向。