自由电子

摘要： 光和物质的相互作用是物理学中一个基本研究领域.电子是最早被发现组成物质的基本粒子,因此电子与光场(光子)的相互作用很早就引起人们的研究兴趣.电子分为束缚电子与自由电子.束缚电子系统的跃迁会受到能级固定、选择定则等约束,自由电子则不然.近十多年来,随着超快电子显微镜技术的发展,人们提出并发展了用于描述量子自由电子(电子波包)和光场相互作用的理论—基于光子诱导近场电子显微成像过程,成功展示了许多新奇量子效应以及新应用.目前,人们把光子诱导近场电子显微拓展量子光学中并展示了许多新奇现象,包括自由电子和腔光子的纠缠、自由电子和自由电子的纠缠、自由电子量子比特、新奇光量子态制备等,从而开启了基于自由电子的“量子光学”时代.本文首先概述了电子与光子的相互作用研究,随后综述了光子诱导近场电子显微成像的理论、实验进展,介绍了其应用场景.最后,我们对基于自由电子的量子物理研究目前遇到的困难进行了总结,并对未来发展进行了展望.

摘要： 近日,《自然》发表中国科学院院士李儒新和中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室研究员田野团队在小型化自由电子相干光源研究领域取得的最新成果。研究团队在实验中探索飞秒激光驱动超短电子脉冲泵浦表面等离极化激元(SPP)的动力学过程,通过对自由电子脉冲泵浦SPP相干放大的动态过程观测,阐述了自由电子与SPP作用过程中的受激放大机理。

摘要： 1943-1945年间,盟军的轰炸在德国造成数百万人死亡。轰炸的破坏力甚至直达地球大气的最外层。距地表60千米以上的地球大气层处于部分电离或完全电离的状态,叫电离层。电离层是大气的最外层。电离层主要由氮气分子、氧气分子和单个的氧原子组成。但氧原子是不穗定的,经常被太阳光中的X射线和紫外线电离成氧离子和自由电子。电离出来的自由电子通常在几分钟之内又重新与氧离子结合,形成氧原子。

摘要： 从微观角度,对金属导体中的自由电子以及自由电子在外加电场和外加磁场情形下的一些物理问题进行梳理,并在此基础上对教学提出一些建议.

摘要： 表面等离子体激元(surfaceplasmonpolaritons,SPPs)是频率在可见光或者紫外光区域的二维表面波,由光和金属表面的自由电子相互作用引发的一种电磁波模式,或者说在局域金属表面的电子和光子相互作用的混合激发态。由于光子与电子的相互作用,表面等离子体激元(SPPs)自然存在于金属空气/介质界面的光学区域。它们在特殊领域的限制和增强方面具有独特的优势。

摘要： 电子从光栅表面掠过可以激发Smith-Purcell辐射,其辐射机制可以看作是自由电子激发的偶极子振荡运动产生的辐射.基于此,本文研究了运动的多偶极子振荡产生的增强Smith-Purcell辐射.通过理论分析和粒子模拟仿真,验证了多偶极子振荡增强辐射的具体机制.该机制有望用于提升Smith-Purcell辐射的效率,对发展基于该辐射的真空电子太赫兹辐射源探索工作具有指导意义.

摘要： 本文理论预期了一种中心频率可调、高功率密度的宽频太赫兹辐射.研究表明,该辐射来源于自由电子垂直穿过多层石墨烯-介质复合结构时激发的表面等离子体激元的相互耦合.数值计算结果表明,该辐射所需自由电子能量极低;辐射频率几乎覆盖了整个太赫兹频段,其中心频率可通过调节石墨烯化学势进行调谐;且由于表面激元的场增强作用,该辐射场强较普通渡越辐射大两个数量级以上.因此,本文所提出的机理有利于开发小型化的宽频可调片上太赫兹辐射源.

摘要： 利用自由电子产生电磁波,研制的真空电子器件能够在高频率和高功率下稳定工作.近年来,利用自由电子与新型材料结构相互作用的研究得到了科学家们的关注和重视,包括利用这些相互作用激发激元和产生各频段电磁辐射,以及探索新奇的物理现象.基于这些最新研究的工作,本文系统全面地总结了自由电子与新型材料结构相互作用的研究进展,希望能够推动真空电子学相关领域科学技术的创新发展.

摘要： Cherenkov辐射(Cherenkov radiation,CR)是自由电子速度超过介质中光速时产生的电磁辐射,其在粒子探测、生物医学、电磁辐射源等领域具有重要的应用价值.近年来,人们发现由不同材料和结构组成的超构材料具有新奇的力学、声学和光学特性.电磁波在超构材料中的传播、耦合和辐射可以具有与传统材料完全不同的奇特性质.将传统真空电子学与微纳光电子学结合,探索自由电子与超构材料的相互作用,成为近期不少研究者关注的热点之一.超构材料的引入打破了传统材料和结构中电磁学规律的限制,自由电子在其中产生的辐射以及与辐射的相互作用表现出许多新现象和新效应.本文首先回顾了CR的基本概念和辐射原理,在此基础上介绍了自由电子与双曲超材料、负折射率材料、高Q值超材料以及超表面相互作用产生辐射的相关工作,重点阐述在这些不同功能的超构材料中产生CR的机理及其特性,涉及的工作包括无阈值CR、反向CR、受激CR以及辐射偏振和相位的调控.自由电子与各种新型超构材料相互作用的研究和发展,为实现新型高效的集成化自由电子器件提供了新的途径.

摘要： 近年来随着纳米加工工艺的发展,金纳米结构被越来越多地应用于各种元器件上,比如基于局域表面等离激元的超材料吸收体.当金薄膜的厚度小于块体金的自由电子平均自由程时,电子表面散射效应明显,其自由电子的弛豫时间不同于块体金的自由电子弛豫时间.在近红外波段,随金薄膜的厚度变化,自由电子弛豫时间发生相应改变,这种改变会影响基于金纳米结构的超材料吸收体的吸收率.所以,准确测量金薄膜的自由电子弛豫时间对预测和研究等离激元超材料吸收体有重要意义.

摘要： 通过研究火焰前锋面在不同极性的加载电压下出现的击穿和凹陷现象,分析自由电子对火焰前锋面和离子风效应的影响.利用气体电离理论和AnsoftMaxwell软件对电场分布进行模拟和分析得出:高压电极结构对电场强度分布有很大的影响;随着高压电极面积增加,电场的不均匀系数降低;当加载电压U≥+7.5kV时,电场中的击穿现象是主要是由电子崩作用引起的,放电距离随着高压电极面积的增加而减小,而当加载电压U=-10kV时,Ф4高压电极中的凹陷和褶皱现象主要是由高压电极的场致发射引起的,当加载电压U≤-7.5kV时,Ф20和Ф60高压电极中的凹陷现象主要是由电场对火焰的加速作用引起的;自由电子与火焰前锋面中粒子碰撞对火焰的定向拉伸与加速作用有直接影响.

摘要： 一种用于提供电子束的注入器装置。注入器装置包括用于提供电子束团的第一注入器和用于提供电子束团的第二注入器。注入器装置可操作为以电子束包括仅由第一注入器提供的电子束团的第一模式和电子束包括仅由第二注入器提供的电子束团的第二模式操作。

摘要： 一种用于提供电子束的注入器装置。注入器装置包括用于提供电子束团的第一注入器和用于提供电子束团的第二注入器。注入器装置可操作为以电子束包括仅由第一注入器提供的电子束团的第一模式和电子束包括仅由第二注入器提供的电子束团的第二模式操作。

摘要： 本发明涉及一种自由电子激光系统，包括生成能够在第一传播方向(Oz)上传播的相对论性电子(21)的包(20)的装置(2)，和生成能够与相对论性电子(21)的包(20)进行相互作用的变换器光束(30)的装置(3，3′)。在该系统中，变换器光束(30)在被包(20)的传播方向(Oz)贯穿的相互作用区域(4)由在不同方向上传播的且每个都在与所述包(20)的所述传播方向(Oz)正交的平面内具有至少一个非零分量的至少两条激光束(31，32)结合产生。本发明还涉及包括俘获和引导被注入相互作用区域(4)的相对论性电子(21)的包(20)而生成自由电子激光束并实现这样的自由电子激光系统的方法。

摘要： 本发明公开了一种用自由电子补偿自由基的方法，其步骤是：先剥离原子核外电子得到自由电子，再将自由电子输送至水中过滤聚集，然后以水为介质将自由电子导入人体内，补偿自由基缺失的电子，使用上述方法的专用设备包括有电子剥离仓，电子剥离仓的一端连接空气输入装置，另一端连接自由电子和气流混合输出装置，自由电子和气流混合输出装置与水容器连通，与已有技术相比，使用本发明技术可以有效的消除人体内有害的自由基，修复被自由基侵蚀的病变组织细胞，所需设备结构简单，使用方便，不需要任何药物辅助，不会产生任何毒副作用。

摘要： 本发明涉及一种基于双电子注双光栅的太赫兹自由电子激光源。包括两组参数完全一致的电子枪、金属矩形光栅和收集极；两只电子枪分别与两只收集极相对应，一根金属矩形光栅位于一侧的电子枪和收集极之间，另一根金属矩形光栅位于另一侧的电子枪和收集极之间，两根金属矩形光栅呈对称状；两根金属矩形光栅组成一个变异的开放谐振腔。电子枪产生的匀速带状的电子注掠过金属矩形光栅的表面，最后进入收集极；两个电子注分别在金属矩形光栅表面产生两个沿垂直方向的特异Smith‑Purcell辐射波，两个特异Smith‑Purcell辐射波在两根金属矩形光栅之间来回反射形成开放谐振腔中的谐振模式，并转化为电磁波能量，电磁波能量被放大并最终通过端口输出。

摘要： 一种扁平直视显示器件包括一个扁平面屏，此面屏有前屏面和后屏面及其上的正电性装置，电子打在此装置上时，通过前屏面产生可见图象，此器件利用包括阴极装置的设施，以在平行于显示面屏的后屏面并在其后的平面区内建立均匀密度自由电子空间电荷云。包括带栏孔寻址板的装置位于与后屏面相对并与之隔开、并在面屏与均匀空间电荷云之间，此装置以一种控制方法作用于电荷云中的电子，使电子打在正电性后屏面装置的特定区域上，以通过前屏面产生希望的图象。

摘要： 本发明涉及一种自由电子激光系统，包括生成能够在第一传播方向(Oz)上传播的相对论性电子(21)的包(20)的装置(2)，和生成能够与相对论性电子(21)的包(20)进行相互作用的变换器光束(30)的装置(3，3′)。在该系统中，变换器光束(30)在被包(20)的传播方向(Oz)贯穿的相互作用区域(4)由在不同方向上传播的且每个都在与所述包(20)的所述传播方向(Oz)正交的平面内具有至少一个非零分量的至少两条激光束(31，32)结合产生。本发明还涉及包括俘获和引导被注入相互作用区域(4)的相对论性电子(21)的包(20)而生成自由电子激光束并实现这样的自由电子激光系统的方法。

摘要： 本发明公开了一种用自由电子补偿自由基的方法，其步骤是：先剥离原子核外电子得到自由电子，再将自由电子输送至水中过滤聚集，然后以水为介质将自由电子导入人体内，补偿自由基缺失的电子，使用上述方法的专用设备包括有电子剥离仓，电子剥离仓的一端连接空气输入装置，另一端连接自由电子和气流混合输出装置，自由电子和气流混合输出装置与水容器连通，与已有技术相比，使用本发明技术可以有效的消除人体内有害的自由基，修复被自由基侵蚀的病变组织细胞，所需设备结构简单，使用方便，不需要任何药物辅助，不会产生任何毒副作用。

摘要： 本发明提供了一种用于自由电子激光器(FEL)或同步辐射源(SRLS)的电子注入器。其中，本发明的电子注入器包括真空腔、电子发生器、装设在该真空腔内的电子加速器，真空腔上设有一电子束出射口。电子发生器包括一激光器和一装设在真空腔内的光阴极盘，光阴极盘上设有若干个子光阴极。光阴极盘通过一支撑装置活动式装设在真空腔内，并能使激光器发出的激光束聚焦在不同的子光阴极上。本发明提供一种结构简单、操作方便、寿命长和可在线更换光阴极的用于自由电子激光器(FEL)或同步辐射源(SRLS)的电子注入器，以解决现有自由电子激光器(FEL)或同步辐射源(SRLS)的注入器结构复杂、光阴极使用寿命短的缺陷。

摘要： 本发明涉及一种基于双电子注双光栅的太赫兹自由电子激光源。包括两组参数完全一致的电子枪、金属矩形光栅和收集极；两只电子枪分别与两只收集极相对应，一根金属矩形光栅位于一侧的电子枪和收集极之间，另一根金属矩形光栅位于另一侧的电子枪和收集极之间，两根金属矩形光栅呈对称状；两根金属矩形光栅组成一个变异的开放谐振腔。电子枪产生的匀速带状的电子注掠过金属矩形光栅的表面，最后进入收集极；两个电子注分别在金属矩形光栅表面产生两个沿垂直方向的特异Smith‑Purcell辐射波，两个特异Smith‑Purcell辐射波在两根金属矩形光栅之间来回反射形成开放谐振腔中的谐振模式，并转化为电磁波能量，电磁波能量被放大并最终通过端口输出。