بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله ویژگیهاي حرکت الکترون در لیزر الکترون آزاد چرنکوف مورد بررسی قرار می گیرد. لیزر الکترون آزاد چرنکوف علیرغم لیزرهاي الکترون آزاد معمولی نیازي به ویگلر ندارند بلکه حرکت بیم الکترونی در مجاورت موجبري تخت کوپلاژ لازم بین بیم الکترون و تابشهاي الکترومغناطیسی را ایجاد کرده و منجر به تقویت تابش میشود. بر این اساس در این مقاله مسیرهاي حرکت الکترون در ساختار مورد نظر را بدست آورده و اثر عوامل مختلف براي عدم برخورد الکترون به دي الکتریک بررسی شده است. علاوه بر این مدارهاي تعادلی الکترون با اعمال میدان مغناطیسی محوري را بدست آورده و به مطالعه دلیل انتخاب هر مدار بر اساس معادلات حرکت الکترون پرداخته ایم.
مقدمه
تابش چرنکوف یک تابش الکترومغناطیسی است که بر اثر حرکت یک ذره باردار در ماده ديالکتریک با سرعتی بیش از سرعت نور در آن ماده ديالکتریک تابش میشود. پیشنهاد وسیله اي بعنوان منبع تولید تابش همدوس براساس تابش چرنکوف در محدوده طول موجی میلیمتر و زیر آن بوسیله گروه Walsh در سال 1982 بیان شد. در حال حاضر تابش چرنکوف موضوع بسیاري از تحقیقات تئوري و آزمایشگاهی میباشد. یکی از تکنیکها براي ایجاد برهمکنش بیم الکترونی با تابش الکترومغناطیس، حضور یک دي الکتریک در کنار یک بیم الکترونی براي تولید تابش چرنکوف است.
مزیت این لیزرها که بر پایه اثر چرنکوف کار میکنند آن است که داراي ساختاري ساده میباشند که علیرغم لیزرهاي الکترون آزاد معمولی نیازي به ویگلر ندارند. علاوه براین، انرژي بیم مورد نیاز براي رسیدن به یک فرکانس مشخص در مقایسه با لیزرهاي الکترون آزاد ویگلري بسیار کمتر است به طوريکه گاهی با یک تفنگ الکترونی میتوان به هدف مورد نظر رسید. علاوه بر تکنولوژي ساده این لیزر که امکان ساخت آن را براي استفاده در محدوده پرکاربرد تراهرتز فراهم میکند، امکان انجام تحقیقات تئوري وسیعی نیز در مورد این لیزرها وجود دارد.
چرا که بکارگیري دي الکتریکهایی با ابعاد نانو یا فوتونیک کریستالها یا متامواد آن را به موضوعات جالب روز تبدیل کردهاست. از اینرو مطالعات انجام شده در لیزرهاي الکترون آزاد چرنکوف سالهاست توجه محققان را به خود جلب کرده است . در این مقاله نیز براي یکی از ساختارهاي CFEL، به بررسی حرکت تک الکترون بعنوان گامی ابتدایی و مهم پرداخته شده است. در بخش دوم ساختار فیزیکی مورد نظر و معادلات حاکم بر آن بیان شده و در بخش سوم دینامیک تک الکترون بر اساس معادلات حاصل بهطور تحلیلی بررسیشدهاست. در بخش چهارم مدارهاي حالت پایاي حرکت الکترون را بدست آورده و نهایتا در بخش پنجم نیز به نتیجه گیري پرداختهایم.
ساختار فیزیکی
بعنوان یک مدل براي لیزر الکترون آزاد چرنکوف ، یک بیم الکترون که از نزدیکی سطح یک دي الکتریک باضخامت d و ثابت گذردهی میگذرد تیغه دي الکتریک روي سطح یک رسانا قراردارد و یک بیم الکترون با فاصله h از بالاي تیغه میگذرد . در این مدل چون تیغه ديالکتریک را بینهایت درنظرگرفته ایم، تغییرات در راستاي y را چشمپوشی خواهیم کرد. در حد یک بیم ضعیف، میتوان از بیم در محاسبه مدهاي تیغه موجبر چشمپوشی کرد.
بررسی مسیر حرکت الکترون در ساختار مورد نظر از اهمیت ویژه اي برخوردار است، چرا که الکترون از طرفی باید خیلی نزدیک به دي الکتریک حرکت کند و از طرف دیگر نباید هم با آن برخورد کند، چرا که کوپلاژ موثر بین بیم و تابش را تحت تاثیر قرار میدهد. از این رو در این بخش براي الکترونی با انرژي که نزدیکی دي الکتریک با ثابت و ضخامت عبور می کند، بر اساس معادلات عوامل موثر بر حرکت میشوند.
حضور یک میدان مغناطیسی محوري براي کانونی کردن الکترون حایز اهمیت است. بر این اساس رفتار الکترون براي هاي مختلف با یکدیگر مقایسه شده است. همانطور که ملاحظه میشود، افزایش میدان محوري مانع از برخورد و ورود الکترون به دي الکتریک شده است. سرعت الکترون در راستاي با افزایش کاهش یافته و در راستاي y مولفه هاي کوچک سرعت ظاهر شده اند. سرعت محوري الکترون با تغییر اندازه میدان محوري، تغییري نکرده است. با افزایش میدان محوري دایره چرخش الکترون کوچکتر شده است و نکته قابل توجه اینکه کاهش قطر در راستاي x .بدلیل عرض ديالکتریک روي محور x مهم بوده، که اتفاق افتاده است.
