Одна из центральных особенностей устройства — идеальная синхронизация с электронным лучом. Ученые достигли этого, используя один и тот же лазерный импульс для генерации электронного сгустка и управления устройством. «Для этого мы берем инфракрасный лазерный импульс и разделяем его», — объясняет первый автор Дунфан Чжан из группы Франца Картнера в CFEL. «Обе части подаются в нелинейные кристаллы, которые изменяют длину волны лазера: для генерации электронного сгустка длина волны смещается в ультрафиолет и направляется на фотокатод, где он высвобождает сгусток электронов. Для STEAM длина волны смещена в терагерцовый диапазон.
Режим. Относительная синхронизация двух частей исходного лазерного импульса зависит только от длины пути, по которому они проходят, и может управляться очень точно ».Таким образом, ученые могут со сверхвысокой точностью контролировать, в какую часть терагерцовой волны попадает электронный сгусток, когда попадает в устройство.
В зависимости от времени прибытия электронного сгустка STEAM выполняет свои различные функции. «Например, пучок, который попадает в отрицательную часть терагерцового электрического поля, ускоряется», — объясняет Чжан. «Другие части волны приводят к фокусировке или расфокусировке сгустка или к сжатию в десять раз или около того». В то время как сжатие означает, что электронный сгусток становится короче в направлении полета, фокусировка означает, что он сжимается перпендикулярно направлению полета.Кроме того, STEAM позволяет выполнять анализ структуры электронного сгустка на его пути полета. Для этого метода, называемого полосами, входящий электронный сгусток отклоняется в сторону таким образом, что он размазывается перпендикулярно направлению полета.
Когда этот размазанный сгусток попадает в детектор, он создает профиль сгустка на его траектории полета. Штрихи регулярно используются для анализа структур сгустков в ускорителях частиц. «STEAM — это своего рода швейцарский армейский нож для электронных лучей», — говорит Чжан.
Для выполнения нескольких функций, таких как сжатие и фокусировка, несколько блоков устройства можно объединить.Использование терагерцового излучения также позволяет добиться компактных размеров STEAM-устройства. «Терагерцовое излучение обычно имеет в сто раз более короткие длины волн, чем радиочастотное излучение, используемое в сегодняшних больших ускорителях частиц. Поэтому все структуры в устройстве могут соответственно сжиматься», — объясняет Картнер, ведущий научный сотрудник DESY и профессор Гамбургского университета. STEAM, имеющий размер всего около двух сантиметров по самой большой стороне, легко помещается в спичечный коробок. «И это только размер корпуса.
Активные конструкции имеют миллиметровый масштаб», — добавляет Чжан.Технология все еще находится на экспериментальной стадии.
Разработчики рассматривают STEAM как первый шаг на пути к будущему поколению компактных ускорителей частиц с терагерцовым приводом. Это могло бы открыть новые приложения и дополнить сегодняшние ускорители. Кроме того, карманный манипулятор можно использовать уже сегодня: группы ускорителей по всему миру уже рассматривают его для характеристики группы, как отмечает Картнер: «STEAM можно использовать для будущих настольных ускорителей, но его различные функции также интересны для существующих. машины ".