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介电切伦科夫辐射与石墨烯表面等离激元的量子区域

DOI：10.1016/j.physleta.2018.12.008 期刊：Physics Letters A 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:23:52
摘要： 本文提出了一种量子态下的切伦科夫自由电子激光（CFEL）与介质及多层石墨烯波导中激发的表面等离极化激元（SPPs）方案。当相互作用产生的动量展宽小于光子反冲时，即可实现该量子态。这种相互作用特有的离散动量交换会产生极窄的单发射谱线。为确定量子态条件，我们采用量子力学方法推导了切伦科夫效应的增益表达式，其假设有效动量展宽源于有限相互作用长度L（SPPs情况下则为传播长度）。针对CFEL和SPPs两种情形，我们研究了电子束与波导参数对实现量子态可能性的影响。研究表明：当L达到毫米量级时，在低电子束能量（<40 keV）和近红外发射波长范围（<5 μm）内基本可验证该量子态；对于SPPs，通过提高化学势和石墨烯层数还能增强实现量子SPPs的可行性。
作者： Hesham Fares，Mohamed Almokhtar
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研究概述 实验方案

研究目的

提出并研究介电波导和多层石墨烯波导中切伦科夫自由电子激光（CFEL）与表面等离激元极化子（SPPs）的量子机制，重点关注动量展宽小于光子反冲的条件。

研究成果

CFEL和SPPs的量子机制可在低电子束能量（<40 keV）和近红外波长（<5 μm）条件下实现，通过增加石墨烯层数及提升SPPs的化学势可增强其可行性；该机制能产生极窄的发射光谱，但相比经典机制功率较低。

研究不足

假设动量展宽仅由有限的相互作用长度引起，忽略了能散、束流发射度和空间电荷的影响；电子束参数的实际限制（例如需要低发射度和能散）可能会影响实验的可行性。

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