論文の概要: Photon-recycling dielectric laser accelerator
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.05038v1
- Date: Thu, 09 Jan 2025 07:52:53 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-01-10 13:57:59.712425
- Title: Photon-recycling dielectric laser accelerator
- Title（参考訳）: フォトンリサイクル誘電体レーザー加速器
- Authors: Changying Li, Li Zhang, Dingguo Zheng, Xiaoping Liu, Yiming Pan,
- Abstract要約: シリコンフォトニックデバイスを用いた光電子リサイクルレーザー加速器(DLA)システム
我々のループは相互作用後の光場をリサイクルし、光子を連続したサイクルで再利用することができる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.145414559265674
- License:
- Abstract: We propose a photon-recycling dielectric laser accelerator (DLA) system based on silicon photonic device. Our DLA system employs guided electromagnetic waves as a primary energy source, modulated to inject into the electron-light interaction region to accelerate or modulate electron beams and recycled the energy for the next round-trip. Long-distance acceleration takes place as electrons interact with the pre-modulated light field. Our loop recycles post-interaction light field, enabling photons reuse across successive cycles. To optimize the interaction process, we developed an adaptive algorithm to refine waveguide structures, and identified an "optimal waveguide accelerator" with superior performance on our dataset. We find that the optimized DLA loop only requires low-power light injection to sufficiently sustain high acceleration gradients for continuous electron beams. Under optimal electron beam intensity, the system achieves exceptionally high photon utilization, ensuring that nearly all injected light power transferred to electrons. Using spectral analysis, we demonstrate that the optimal waveguide also operates as an electron energy filter, selecting and manipulating phase-matched electrons over a broad energy range, even for quantum electron wavefunction shaping. Our photon-recycling DLA setup is not only suitable for low-energy beam accelerators, but also offers versatility as a beam filter or a narrow energy selection combined with other optical elements, the total setup can be further applied to explore free electron quantum optics engaging with the advancing field of photonic integrated circuits.
- Abstract（参考訳）: シリコンフォトニックデバイスを用いた光子リサイクル誘電体レーザー加速器(DLA)システムを提案する。
我々のDLAシステムは誘導電磁波を一次エネルギー源とし、電子-光相互作用領域に注入して電子ビームを加速または変調し、次のラウンドトリップのエネルギーをリサイクルする。
長距離加速は、電子が予め変調された光場と相互作用するときに起こる。
我々のループは相互作用後の光場をリサイクルし、光子を連続したサイクルで再利用することができる。
相互作用過程を最適化するため、我々は導波路構造を洗練するための適応アルゴリズムを開発し、我々のデータセット上でより優れた性能を持つ「最適導波路加速器」を同定した。
最適化されたDLAループは、連続電子ビームの高加速度勾配を十分に維持するためには、低出力光注入しか必要としない。
最適電子ビーム強度の下では、このシステムは極めて高い光子利用を実現し、ほぼ全ての射出光が電子に伝達されることを保証する。
スペクトル分析により、最適導波路は電子エネルギーフィルタとしても機能し、量子電子波動関数形状であっても広いエネルギー範囲で位相整合電子を選択・操作することを示した。
我々の光子リサイクルDLA装置は、低エネルギービーム加速器に適合するだけでなく、ビームフィルタや、他の光学素子と組み合わせた狭いエネルギー選択といった汎用性も備えており、光子集積回路の進行場に係わる自由電子量子光学の探索にさらに適用することができる。
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