Sự dịch truyền của các hạt điện tử với tốc độ vượt quá tốc độ của ánh sáng trong môi trường (tốc độ siêu sáng) sẽ phát ra bức xạ. Hiệu ứng này được gọi là hiệu ứng Cherenkov và sơ đồ bức xạ được tạo ra trong quá trình đó có cấu trúc hình nón. Nhà khoa học khám phá ra hiệu ứng này đã được trao giải Nobel Vật lý năm 1958. Hiện nay, hiệu ứng Cherenkov có nhiều ứng dụng trong khoa học và đời sống.
Ánh sáng đi xuyên qua mặt phân cách giữa hai môi trường phát sinh ra hiện tượng tương tự như sóng nguồn bức xạ thứ cấp, hình thành dọc theo bề mặt và lan truyền với tốc độ vượt qua tốc độ pha của ánh sáng. Sự khúc xạ và phản xạ ánh sáng từ một mặt phân cách là kết quả của việc cộng biên độ của sóng từ tất cả các nguồn hình thành trong quá trình ánh sáng tới. Nếu người ta xem xét bề mặt tiếp xúc với vật liệu phát quang – cực âm, trên đó ánh sáng chiếu xuyên qua bề mặt và gây ra sự phát xạ điện tử – thì một sóng mật độ điện tử sẽ hình thành dọc theo bề mặt cực âm với tốc độ siêu âm.
(Nguồn: Biên quang điện từ (2024). DOI: 10.1007/s12200-024-00123-5)
Hiện tượng này đi kèm với việc tạo ra bức xạ thứ cấp. Tác dụng của điện trường bên ngoài dẫn đến sự tăng tốc của các điện tử và do đó làm tăng năng lượng của các điện tử và bức xạ thứ cấp từ các nguồn đó. Các nhà nghiên cứu của Viện Vật lý tổng hợp Prokhorov thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga đã đề xuất sử dụng hiện tượng hình thành sóng siêu phát xạ của các nguồn phát điện tử để tạo ra bức xạ terahertz. Nghiên cứu có tựa đề “Bức xạ xung THz dưới sự phóng điện cực nhanh của photodiode trong chân không” đã được công bố trên tạp chí Frontiers of Optoelectronics.
Ý tưởng chính là áp các xung laser cực ngắn lên bề mặt cực âm, dẫn đến sự hình thành một chùm electron cực ngắn. Tiếp theo, các electron được gia tốc bởi một trường bên ngoài và đột ngột dừng lại trong một lớp điện môi mỏng, dẫn đến việc tạo ra các xung điện từ trong lò vi sóng và ở dải terahertz. Các nhà khoa học đề xuất mở rộng quy mô các nguồn như vậy bằng cách tăng hiệu quả của lớp phủ phát quang. Kết quả của công trình này mở ra những nguồn bức xạ THz mới được sử dụng trong chẩn đoán hình ảnh với kỹ thuật chụp cắt lớp (CT) không xâm lấn băng thông rộng, tạo ảnh, radar và hiệu ứng năng lượng trên thiết bị điện tử.
Xung bức xạ terahertz với năng lượng lên tới 5 pJ được tạo ra từ sự phát xạ điện tử trong quá trình phóng quang cực nhanh của photodiode chân không. Các nhà khoa học sử dụng sự kích thích quang học trong femto giây của quang điện tử bằng đồng để tạo ra chùm điện tử siêu ngắn và điện trường ngoài lên đến 45 kV/cm nhằm tăng tốc điện tử phát ra bức xạ. Phép đo năng lượng xung terahertz như là một hàm của mật độ điện tích phát ra, góc tới của bức xạ quang và điện trường ứng dụng được thiết lập nhằm tạo điều kiện cho quá trình phát xạ. Đặc tính quang phổ và phân cực của xung terahertz được tạo ra cũng đã được đánh giá và xem xét trong các góc phát điện tử. Các nhà khoa học sử dụng Mô hình bán phân tích và mô phỏng COMSOL Multiphysicalsics để chứng minh dữ liệu thực nghiệm và cho phép tối ưu hóa các điều kiện thí nghiệm nhằm kiểm soát linh hoạt các thông số bức xạ.
Năng lượng của các xung THz là hàm của góc định hướng giữa bộ phân cực (chấm) và độ khớp (đường cong màu đỏ) theo hàm cosine. Vị trí 0 tương ứng với sự truyền phân cực ngang của bản phân cực
Từ khóa: terahertz; bức xạ;
.- CMD&DND –
