紧凑型THz源的史密斯-帕塞尔辐射模拟

 采用模拟和数值计算的方法,研究了THz波段的受激史密斯-帕塞尔辐射特性。实验装置以“上海电子束离子阱”为原型,采用紧凑型设计以便最终实现其可移动性。束流动力学模拟表明,此装置采用强磁场,可以得到平均流强为0.2 A、束流半径为75 μm的高品质电子束,为电子束工作在自由电子激光模式下创造了条件。基于Andrews和 Brau的理论,优化了光栅参数,保证了辐射角度在60°。其中消散场的计算频率为0.365 9 THz。采用particle-in-cell(PIC)程序模拟了光栅表面的辐射场以及电子的动力学特性。模拟结果表明电子有群聚效应,且二次谐波（0.723 THz,约为消散频率的2倍）得到增强。采用后处理方法计算了史密斯-帕塞尔辐射的功率空间分布。计算显示辐射角度与理论角度相一致,表明了方法的有效性。输出的功率约为2 mW。