FR2980923A1 - Procede et dispositif de forte efficacite, pour engendrer un rayonnement de smith-purcell coherent - Google Patents

Abstract

Procédé et dispositif de forte efficacité, pour engendrer un rayonnement de Smith-Purcell cohérent. On utilise un réseau de diffraction conducteur, délimité par deux parois conductrices, et l'on fait passer un faisceau d'électrons au dessus du réseau pour engendrer le rayonnement. Selon l'invention, la vitesse des électrons est suffisamment faible pour que, dans un diagramme (nombre d'onde k, fréquence f), la ligne de faisceau (I) coupe une partie (V) d'une branche de la relation de dispersion, située dans la première zone de Brillouin et correspondant au mode fondamental du réseau, en un point (P) situé à l'extérieur de la zone délimitée par les lignes de lumière (III, IV), et la densité de courant du faisceau est suffisamment élevée pour exciter le mode fondamental du réseau qui est rayonné vers l'extérieur de celui-ci.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE FORTE EFFICACITE, POUR ENGENDRER UN RAYONNEMENT DE SMITH-PURCELL COHERENT DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un procédé 5 et un dispositif pour engendrer un rayonnement de Smith-Purcell cohérent. Ce dispositif, moyennant des choix appropriés de ses composants et des réglages appropriés de ceux-ci, permet d'engendrer une onde 10 électromagnétique cohérente dans le domaine térahertz qui va de 100 GHz à 10 THz, et plus particulièrement dans la partie des basses fréquences de ce domaine, partie qui va de 100 GHz à 1 THz. Dans ce domaine, l'invention trouve 15 essentiellement des applications en imagerie, en particulier deux applications liées à la sécurité: -la détection d'individus portant des armes, et -le détection de produits dangereux 20 (explosifs) par analyse spectrale. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Le rayonnement térahertz est non ionisant. Il possède de nombreuses applications dans le domaine 25 de l'imagerie ; beaucoup de matériaux sont en effet transparents entre 100 GHz et 10 THz. L'interaction d'un tel rayonnement avec la matière fait particulièrement intervenir les rotations moléculaires.

Sa propagation dans l'air est difficile (il existe des fenêtres de transmission) et son absorption est importante dans l'eau. De plus, les métaux sont réfléchissants vis-à-vis de ce rayonnement.

La façon la plus simple de produire un rayonnement térahertz consiste à utiliser un corps noir ; le rayonnement obtenu est alors incohérent et a une puissance très faible (de l'ordre de quelques picowatts à quelques microwatts).

On peut aussi fabriquer des sources térahertz à l'aide de diodes non linéaires de type Schottky ; celles-ci permettent d'atteindre une puissance de l'ordre de 1 mW mais sans accordabilité en fréquence.

On sait également fabriquer en laboratoire des sources térahertz cohérentes, ayant une puissance intéressante, mais elles ne sont pas adaptées à des applications industrielles car elles sont encombrantes et chères ou peu fiables.

Il existe en fait deux familles de sources térahertz de laboratoire : la première fait appel à des lasers et la seconde utilise des électrons. Dans cette seconde famille, on rencontre des sources telles que les lasers à électrons libres, capables de fournir une puissance de 100 W en régime continu sur un grand accélérateur, et les tubes micro-ondes. On connaît aussi des dispositifs qui sont fondés sur le rayonnement de Smith-Purcell. A ce sujet, on consultera les documents suivants : [1] H.L Andrews et al, « Gain of a Smith-Purcell free-electron laser», Phys. Rev. ST Accel. Beams 7,070701 (2004) [2] US 2006/0062258, Brau et al.

Malheureusement, ces dispositifs connus sont seulement capables d'engendrer des rayonnements dont les fréquences correspondent à des harmoniques d'une fréquence fondamentale. Et ces dispositifs connus ont de très faibles rendements, de l'ordre de 0,001.

Fabriquer une source térahertz compacte et de puissance suffisante pour les applications industrielles est actuellement un défi très difficile à relever. Les systèmes térahertz les plus étudiés utilisent des lasers ; ils sont encombrants, ne sont pas accordables en fréquence et délivrent de faibles puissances. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents. Elle concerne notamment un dispositif de Smith-Purcell modifié dans lequel on fait passer un faisceau d'électrons au dessus d'un réseau de diffraction (en anglais, diffraction grating) ; et l'on exploite les propriétés en trois dimensions de ce dernier afin d'émettre un rayonnement cohérent, accordable et fortement directionnel, avec une efficacité jamais atteinte auparavant pour un système compact.

L'invention est fondée sur la théorie en trois dimensions des modes d'un réseau de diffraction muni de parois latérales ; et elle permet, sous certaines conditions calculables et simulables simplement, de rayonner une onde électromagnétique qui est directement issue du mode fondamental d'interaction entre un faisceau d'électrons et le réseau. Le rendement d'un dispositif conforme à l'invention est environ cent fois plus grand que celui d'un dispositif de Smith-Purcell classique, fonctionnant sur la deuxième harmonique.

De façon précise, la présente invention a pour objet un procédé de génération d'un rayonnement de Smith-Purcell cohérent, dans lequel : on utilise un réseau de diffraction électriquement conducteur qui est délimité latéralement 15 par deux parois électriquement conductrices, et - on fait passer un faisceau d'électrons au dessus du réseau de diffraction, entre les parois qui délimitent celui-ci, en vue d'engendrer le rayonnement de Smith-Purcell cohérent par interaction du faisceau 20 d'électrons avec le réseau de diffraction, caractérisé en ce que : -la vitesse des électrons est suffisamment faible pour que, dans un diagramme de dispersion (nombre d'onde, fréquence) de l'ensemble réseau- 25 faisceau, la ligne de faisceau (en anglais, beam line) coupe une partie d'une branche de la relation de dispersion, située dans la première zone de Brillouin et correspondant au mode fondamental du réseau de diffraction, en un point situé à l'extérieur de la zone 30 délimitée par les lignes de lumière (en anglais, light lines), et -la densité de courant du faisceau d'électrons est suffisamment élevée pour exciter le mode fondamental du réseau de diffraction qui est rayonné vers l'extérieur de celui-ci.

Selon un mode de réalisation préféré du procédé, objet de l'invention, la distance W séparant les parois qui délimitent le réseau est supérieure à la période L de celui-ci et inférieure à cinq fois L. On peut par exemple choisir W peu différent de 2L.

Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, on détermine la période L du réseau de diffraction, la distance W séparant les parois qui délimitent celui-ci, la densité de courant du faisceau d'électrons et la vitesse des électrons pour que la fréquence du rayonnement soit comprise dans l'intervalle allant de 100 GHz à 1 THz. De préférence, le faisceau d'électrons est plat et a une largeur légèrement inférieure à la distance séparant les parois qui délimitent le réseau.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, on fait passer le faisceau d'électrons à une distance D du réseau de diffraction, telle que D soit inférieure à y13À/(21-1) où 13 est le rapport de la vitesse des électrons à la vitesse de la lumière dans le vide, À est la longueur d'onde du rayonnement dans le vide et y est égal à (1-132 ) -1/2 . La présente invention a également pour objet un dispositif de génération d'un rayonnement de Smith-Purcell cohérent, comprenant : - un réseau de diffraction électriquement conducteur qui est délimité latéralement par deux parois électriquement conductrices, et un appareil pour engendrer et faire 5 passer un faisceau d'électrons au dessus du réseau de diffraction, entre les parois qui délimitent celui-ci, en vue d'engendrer le rayonnement de Smith-Purcell cohérent par interaction du faisceau d'électrons avec le réseau de diffraction, 10 caractérisé en ce que : -la vitesse des électrons est suffisamment faible pour que, dans un diagramme de dispersion (nombre d'onde, fréquence) de l'ensemble réseau-faisceau, la ligne de faisceau coupe une partie d'une 15 branche de la relation de dispersion, située dans la première zone de Brillouin et correspondant au mode fondamental du réseau de diffraction, en un point situé à l'extérieur de la zone délimitée par les lignes de lumière, et 20 -la densité de courant du faisceau d'électrons est suffisamment élevée pour exciter le mode fondamental du réseau de diffraction qui est rayonné vers l'extérieur de celui-ci. Le dispositif, objet de l'invention, peut 25 comprendre en outre un organe pour focaliser le faisceau d'électrons en une zone située au-dessus du réseau de diffraction et/ou un organe de guidage du faisceau d'électrons. Cet organe de guidage est par exemple un 30 organe de guidage magnétique.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : -la figure 1 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un exemple du dispositif, objet de l'invention, -la figure 2 est une vue en perspective schématique d'un exemple de réseau de diffraction utilisable dans l'invention, -la figure 3 est un exemple de diagramme de dispersion permettant d'obtenir le point de fonctionnement P du système constitué par le réseau de diffraction et le faisceau d'électrons, et - la figure 4 montre le contour, à un instant donné, dans le plan YOZ du repère (0, X, Y, Z) représenté sur la figure 2, de la composante en X du champ magnétique de l'onde rayonnante, correspondant au point P de la figure 3. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Sur la figure 1, on a représenté 25 schématiquement, en coupe longitudinale, un exemple du dispositif, objet de l'invention. Le dispositif de la figure 1 est destiné à engendrer un rayonnement de Smith-Purcell cohérent 2 avec un rendement élevé. Il comprend un réseau de diffraction 4 électriquement conducteur, par exemple métallique, et un canon à électrons 6. Ce dernier et le réseau de diffraction 4 sont placés dans une enceinte à vide 8 ; on n'a pas représenté les moyens pour faire le vide dans celle-ci (pression résiduelle : de l'ordre de 10-5 hPa à 10-4 hPa). Le réseau de diffraction 4 est représenté schématiquement en perspective sur la figure 2. On voit qu'il est délimité latéralement par deux parois 10 et 12. Ces dernières sont également électriquement conductrices, par exemple métalliques. Seule la paroi 12 est visible sur la figure 1. Le canon à électrons 6 est destiné à produire un faisceau d'électrons 14 qui se propage suivant un axe Z, au dessus du réseau diffraction 4, entre les deux parois 10 et 12. Le rayonnement de Smith-Purcell cohérent 2 est engendré par interaction de ce faisceau 14 avec le réseau 4.

Comme on le voit, l'enceinte à vide 8 est pourvue d'une fenêtre 15 qui est transparente à ce rayonnement, en vue de l'utilisation de ce dernier. Cette fenêtre est par exemple en Plexiglas®. Un organe d'arrêt de faisceau (en anglais 25 beam stop) est également prévu dans l'enceinte à vide 8, à la suite du réseau de diffraction 4, pour arrêter le faisceau d'électrons 14. Ce dernier peut avoir, par exemple, une forme ronde. Mais on lui donne de préférence une forme 30 plate, avec une largeur légèrement inférieure à la distance W qui répare les parois 10 et 12. On favorise ainsi l'interaction du faisceau d'électrons 14 avec le réseau de diffraction 4. Ce faisceau plat est par exemple obtenu à l'aide d'une fente rectangulaire 18 dont la hauteur h est très inférieure à sa largeur et que l'on place perpendiculairement à l'axe Z, à la suite du canon à électrons 6. Dans certains cas, par exemple lorsqu'on utilise un faisceau d'électrons 14 de forte intensité, on peut avoir besoin de focaliser ce faisceau en une zone F, située au dessus du réseau de diffraction. On prévoit alors en outre un organe de focalisation approprié 20, par exemple un système de lentilles électrostatiques, à la suite du canon à électrons 6 (ou à la suite de la fente 18 lorsque cette dernière est présente). De plus, dans certains cas, suivant les valeurs respectives des divers paramètres du dispositif, par exemple dans le cas d'un faisceau d'électrons de forte intensité, il peut être nécessaire de guider ce faisceau le long de l'axe Z. On prévoit alors en outre un organe de guidage approprié 22, par exemple un organe de guidage magnétique, à la suite du canon à électrons 6 (ou à la suite de la fente 18 lorsque cette dernière est présente ou bien à la suite de l'organe de focalisation 20 lorsque ce dernier est présent). Sur la figure 1, on n'a pas représenté les moyens de commande du canon à électrons 6, ni ceux de 30 l'organe de focalisation 20, ni ceux de l'organe de guidage 22.

En vue de favoriser l'interaction du faisceau d'électrons 14 avec le réseau de diffraction 4, on fait passer le faisceau 14 à une distance D du réseau 4, qui est inférieure à 113À/(2n).

Dans cette expression , 13 est le rapport de la vitesse v des électrons à la vitesse de la lumière dans le vide c ; À est la longueur d'onde du rayonnement de Smith-Purcell 2 dans le vide ; et Y est égal à (1-132)-1/2.

L'énergie cinétique T du faisceau d'électrons 14 et l'intensité I de ce faisceau sont suffisamment faibles pour que l'on puisse utiliser, en tant que canon à électrons 6, un canon à électrons du genre de ceux qui sont utilisés dans les tubes à micro- ondes classiques. De préférence, dans l'invention, l'énergie cinétique T du faisceau d'électrons se situe entre 50 keV et 100 keV et l'intensité I entre 1 mA et 10 A suivant les dimensions du réseau de diffraction.

Ce réseau de diffraction a une période L et l'on note N le nombre de périodes. La période L est choisie en fonction de la longueur d'onde de l'application désirée. La formule (1), donnée plus loin, suffit à donner l'ordre de 25 grandeur avant un calcul exact des modes du réseau en trois dimensions. (On voit immédiatement que pour (3=0,5, X va varier entre L et 3L suivant la valeur de cos0 qui varie de 1 à -1.) La largeur W du réseau (distance entre ses deux parois latérales) est un paramètre essentiel de l'invention. On note S la hauteur de ces parois. De préférence, la largeur W est telle que : L<W<5L. On choisit, par exemple, W peu différent de 2L. Dans l'invention, les sillons (en anglais, grooves) du réseau de diffraction peuvent avoir divers profils, par exemple un profil rectangulaire, un profil triangulaire ou un profil sinusoïdal.

Dans l'exemple de la figure 1, on utilise un réseau lamellaire, c'est-à-dire un réseau dont les sillons 24, ou fentes, ont un profil rectangulaire. Et l'on note A (respectivement H) l'épaisseur (respectivement la profondeur) des sillons 24.

L'axe Z, suivant lequel se propage le faisceau d'électrons, est perpendiculaire aux sillons. Et l'on définit en outre un X qui est parallèle aux sillons, et donc perpendiculaire à l'axe Z, ainsi qu'un axe Y qui est perpendiculaire aux axes X et Z comme on le voit sur la figure 2. Les trois axes X, Y et Z se coupent en un point O. On rappelle que le rayonnement de Smith-Purcell est émis à un angle 0 par rapport au faisceau d'électrons, suivant la relation: X =cl f L(1/(3 - cos0)/H (1) où À représente la longeur d'onde du rayonnement dans le vide, f la fréquence de ce rayonnement, c la vitesse de la lumière dans le vide, p le rapport v/c(v : vitesse des électrons) et n l'ordre de diffraction.

Si le faisceau d'électrons n'est pas modulé, ce rayonnement est incohérent, et il est émis à tous les angles satisfaisant cette relation. La présente invention permet au contraire 5 d'obtenir un rayonnement de Smith-Purcell cohérent, directement sur le mode fondamental, et d'obtenir ainsi un rendement élevé. On précise que, dans l'invention, on considère le cas où H est égal à 1 (n=-1). 10 L'invention est fondée sur la théorie exacte des modes en trois dimensions d'un réseau de largeur donnée, équipé de parois latérales. A ce sujet, on se reportera au document suivant : [3] J.T Donohue et J. Gardelle, 15 « Dispersion Relation for a Three-Dimensional Laminar Grating », Phys. Rev. ST Accel. Beams 14, 060709 (2011). La Figure 3 illustre un exemple de l'invention, dans lequel le rayonnement cohérent obtenu 20 est un rayonnement de basse fréquence, à savoir un rayonnement dans le domaine des micro-ondes. On y voit un diagramme de dispersion (f, k) du système constitué par le réseau 4 et le faisceau 14, où k représente un nombre d'onde. 25 Les paramètres correspondants sont donnés dans le tableau ci-dessous. 30 Nombre de périodes N 30 Période L 2 cm Profondeur d'une fente H 1 cm Epaisseur de la fente A 1 cm Largeur du réseau W 4 cm Hauteur des parois S 2 cm Energie du faisceau T 80 keV Intensité du faisceau I 5 A Épaisseur du faisceau 1 mm Distance faisceau-réseau D 0,5 mm Largeur du faisceau 3,5 cm Champ de guidage Bz 1 T On précise que la distance D faisceau-réseau (figure 1) et la hauteur S des parois (figure 2) sont comptées à partir des points les plus élevés du réseau, comme on le voit sur les figures 1 et 2. Et le champ de guidage est un champ magnétique parallèle à l'axe Z et de même sens que cet axe. Par ailleurs, rappelons que l'on passe facilement de T à v et réciproquement par la relation : T=(y-1)mc2 (2) où y est égal à (1-(32)-1/2, p est égal à v/c et m représente la masse de l'électron. Sur la figure 3, on se limite à la première zone de Brillouin, de longueur K=(270/L. La droite I, dont l'équation est f=vk/(270, représente le faisceau d'électrons 14 et s'appelle « ligne de faisceau » (en anglais, beam line). La courbe II représente la relation de dispersion du réseau 4 en deux dimensions.

Les droites III et IV correspondent respectivement à la « ligne de lumière-avant » (en anglais, forward light-line), d'équation f=ck/(270, et à la « ligne de lumière-arrière » (en anglais, backward light-line). Si L est égal à 2 cm, l'équation de cette ligne de lumière-arrière est : f=ck/(2n) si : k<50n f=c(1007c-k)/(270 si : 50n<k<100n pour k exprimé en m 1 et f en GHz. Comme on le voit, les droites III, IV et l'axe des k délimitent un triangle appelé « triangle de lumière ». Si le point d'intersection entre la ligne de faisceau I et la courbe représentative de la relation de dispersion du réseau se situe à l'intérieur du triangle de lumière, ce qui est toujours le cas en deux dimensions, le système ne peut pas émettre sur le mode fondamental. Ce dernier est alors une onde de surface évanescente dans le direction Y. Seules les harmoniques de la fréquence fondamentale peuvent alors être émises avec un faible rendement. La courbe V représente la relation de dispersion en trois dimensions du réseau équipé des parois latérales. Le point d'intersection P peut alors être en dehors du triangle de lumière ; et une émission cohérente sur le mode fondamental est alors permise. Dans l'exemple décrit, on choisit donc le point P comme point de fonctionnement du système 30 faisceau-réseau. En d'autres termes, on choisit la vitesse v des électrons (ou, ce qui revient au même, l'énergie cinétique T de ces derniers voir la relation (2)) pour que la ligne de faisceau I coupe la courbe V en P. D'une manière générale, dans la présente invention, on choisit v (ou T) suffisamment faible pour que, dans le diagramme de dispersion (k, f) de l'ensemble réseau-faisceau, la ligne de faisceau coupe une partie d'une branche de la relation de dispersion, située dans la première zone de Brillouin et correspondant au mode fondamental du réseau de diffraction, en un point situé à l'extérieur de la zone délimitée par les lignes de lumière. La Figure 4 montre un contour, dans le plan YOZ et à un temps donné (15 ns), de la composante suivant X, notée B. et exprimée en gauss (1G=10-4T) du champ magnétique de l'onde électromagnétique rayonnée. Le lobe émis vers l'arrière, à l'angle 01 peu différent de 150° (voir aussi la figure 1), correspond à une onde ayant la fréquence fondamentale ; il est très directif. On aperçoit aussi le rayonnement de la deuxième harmonique, émis vers l'avant, à l'angle 02 peu différent de 50°. En deux dimensions, seule cette deuxième harmonique peut être émise, avec un faible rendement. Une simulation numérique en trois dimensions a été effectuée à l'aide d'un code PIC (pour « Particle-in-cell ») commercialement disponible, appelé MAGIC. Elle donne la puissance émise et l'efficacité de la présente invention.

Après interaction, les électrons ont perdu une énergie moyenne de 10 keV. L'intensité du faisceau d'électrons étant égale à 5 A, sa puissance, initialement égale à 400 kW, a diminué de 50 kW.

On a mesuré la surface du lobe d'émission correspondant à la fréquence fondamentale. Puisqu'un champ magnétique de 1 G(10-4T) correspond à une densité de puissance de 120 W/cm2, on en déduit qu'une puissance de l'ordre de 35 kW est rayonnée dans ce lobe. En ce qui concerne la puissance sortant de la boîte de simulation, ces diagnostics donnent une valeur d'environ 60 kW. L'efficacité de l'invention est d'environ 10%.

Pour le calcul en trois dimensions, la limite en fréquence vient du temps de calcul et de la mémoire de l'ordinateur utilisé pour simuler un dispositif réaliste à haute fréquence. Le temps nécessaire à la saturation de l'interaction faisceau- réseau dépend de l'intensité du faisceau. Ce temps augmente quand l'intensité diminue. A haute fréquence, le nombre des mailles utilisées pour le calcul augmente car il faut plus de périodes dans le réseau ; et l'on peut alors atteindre la limite de mémoire du code ou de l'ordinateur utilisé. A titre d'exemple, pour une fréquence de 20 GHz, une intensité de 300 mA et 90 périodes, il a fallu 40 ns pour obtenir la saturation ; et le calcul a duré 80 heures sur un ordinateur personnel standard.

Dans la présente invention, on choisit les paramètres du réseau de diffraction en fonction de la fréquence du rayonnement que l'on veut obtenir. Par exemple, une homothétie sur la géométrie conduit à un réseau ayant une centaine de périodes, une longueur de période de 200 pm et une largeur de 400 pm pour pouvoir fonctionner à 500 GHz. Des réseaux ayant ces caractéristiques ont déjà été fabriqués.

De plus, le faisceau d'électrons doit avoir une densité de courant suffisante pour exciter le mode fondamental du réseau de diffraction qui est rayonné vers l'extérieur de celui-ci. Une extrapolation des calculs effectués pour une fréquence de 5 GHz, conduit à un faisceau ayant une énergie cinétique T de l'ordre de 100 keV et une intensité I de 500 pA. Un tel faisceau peut être focalisé sur le réseau, par exemple à l'aide d'un système de lentilles magnétiques.

Dans la présente invention, la largeur W du réseau est un paramètre essentiel qui permet d'obtenir directement le rayonnement à la fréquence fondamentale. Avant l'invention, ce dernier était purement évanescent car, d'une part, on utilisait uniquement des réseaux à deux dimensions, dont la largeur était supposée infinie suivant X et, d'autre part, la théorie développée en trois dimensions était fausse. La théorie correcte, contenue dans le document [3], a été validée par des simulations en 30 trois dimensions, effectuées à l'aide du code PIC appelé MAGIC, code qui est largement diffusé et fiable.

En se reportant à ce document [3], on remarque que la fréquence f3D du rayonnement de Smith-Purcell cohérent, obtenu grâce à l'invention, peut s'écrire : 13D _ (f2D ± (lac / w)2 )1 / 2 (3) Dans la relation précédente : 6f2D est la fréquence obtenue en deux dimensions, c'est-à-dire en considérant la largeur du réseau de diffraction comme infinie (f2D et donc f3D sont des fonctions périodiques du nombre d'onde k, de période K=27c/L), et -a est un nombre prenant des valeurs entières ou demi-entières. On comprend donc que la largeur W du réseau 15 de diffraction soit un paramètre important : son influence sur la relation de dispersion est considérable. Il convient de noter que le faisceau d'électrons utilisé dans l'invention peut être produit 20 par un canon à électrons commercialement disponible. Et l'on peut ainsi fabriquer un dispositif conforme à l'invention dont le volume est de l'ordre de 1m3. De plus, la possibilité d'émettre directement l'onde issue du mode fondamental 25 d'interaction augmente considérablement l'intérêt d'un dispositif de Smith-Purcell cohérent. Le rendement classique est de l'ordre de 0,001 sur la seconde harmonique, tandis que celui de l'invention est de plusieurs pourcents. 30 En outre, en se reportant à la Figure 4, on notera que le rayonnement obtenu est très directif.

Rappelons que l'angle d'émission 0 de ce rayonnement est donné par la formule (1). Dans l'exemple décrit en faisant référence à la figure 3, on notera que la fréquence f de ce rayonnement est inférieure à celle qui correspond à l'intersection de la ligne de faisceau I et de la droite d'équation k=K=27c/L (limite de la première zone de Brillouin). La fréquence f est donc inférieure à v/L. Il résulte alors de la formule (1) que l'angle 0 est supérieur à 90° (/2=1). En se reportant à la figure 1, si l'on considère que les électrons sont émis vers l'avant, le rayonnement est donc quant à lui émis vers l'arrière. Pour ce qui concerne l'accordabilité d'un dispositif conforme à l'invention, on notera que pour une énergie du faisceau T donnée, la longueur d'onde À du rayonnement émis varie de façon linéaire avec la période L du réseau. On notera aussi qu'en changeant l'énergie T du faisceau, et pour un réseau de période L fixe, la fréquence f du rayonnement émis peut varier d'environ ± 3%.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de génération d'un rayonnement de Smith-Purcell cohérent, dans lequel : - on utilise un réseau de diffraction (4) électriquement conducteur qui est délimité latéralement par deux parois (10, 12) électriquement conductrices, et - on fait passer un faisceau d'électrons (14) au dessus du réseau de diffraction, entre les parois qui délimitent celui-ci, en vue d'engendrer le rayonnement de Smith-Purcell cohérent (2) par interaction du faisceau d'électrons avec le réseau de 15 diffraction, caractérisé en ce que : -la vitesse des électrons est suffisamment faible pour que, dans un diagramme de dispersion (nombre d'onde, fréquence) de l'ensemble réseau- 20 faisceau, la ligne de faisceau (I) coupe une partie (V) d'une branche de la relation de dispersion, située dans la première zone de Brillouin et correspondant au mode fondamental du réseau de diffraction (4), en un point (P) situé à l'extérieur de la zone délimitée par les 25 lignes de lumière (III, IV), et -la densité de courant du faisceau d'électrons (14) est suffisamment élevée pour exciter le mode fondamental du réseau de diffraction (4) qui est rayonné vers l'extérieur de celui-ci. 30
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la distance W séparant les parois (10, 12) qui délimitent le réseau (4) est supérieure à la période L de celui-ci et inférieure à cinq fois L.
3. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel on détermine la période L du réseau de diffraction (4), la distance W séparant les parois (10, 12) qui délimitent celui-ci, la densité de courant du faisceau d'électrons (14) et la vitesse des électrons pour que la fréquence du rayonnement soit comprise dans l'intervalle allant de 100 GHz à 1 THz.
4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le faisceau d'électrons (14) est plat et a une largeur légèrement inférieure à la distance séparant les parois (10, 12) qui délimitent le réseau.
5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel on fait passer le faisceau d'électrons (14) à une distance D du réseau de diffraction, telle que D soit inférieure à yl3À/(21-1) où 25 13 est le rapport de la vitesse des électrons à la vitesse de la lumière dans le vide, À est la longueur d'onde du rayonnement (2) dans le vide et y est égal à (1-32) -1/2 30
6. 6. Dispositif de génération d'un rayonnement de Smith-Purcell cohérent, comprenant :un réseau de diffraction (4) électriquement conducteur qui est délimité latéralement par deux parois (10, 12) électriquement conductrices, et - un appareil (6) pour engendrer et faire passer un faisceau d'électrons (14) au dessus du réseau de diffraction, entre les parois qui délimitent celui-ci, en vue d'engendrer le rayonnement de Smith-Purcell cohérent (2) par interaction du faisceau d'électrons avec le réseau de diffraction, caractérisé en ce que : -la vitesse des électrons est suffisamment faible pour que, dans un diagramme de dispersion (nombre d'onde, fréquence) de l'ensemble réseau- faisceau, la ligne de faisceau (I) coupe une partie (V) d'une branche de la relation de dispersion, située dans la première zone de Brillouin et correspondant au mode fondamental du réseau de diffraction (4), en un point (P) situé à l'extérieur de la zone délimitée par les lignes de lumière (III, IV), et -la densité de courant du faisceau d'électrons (14) est suffisamment élevée pour exciter le mode fondamental du réseau de diffraction (4) qui est rayonné vers l'extérieur de celui-ci.
7. 7. Dispositif selon la revendication 6, comprenant en outre un organe (20) pour focaliser le faisceau d'électrons (14) en une zone (F) située au-dessus du réseau de diffraction (4).30
8. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, comprenant en outre un organe (22) de guidage du faisceau d'électrons.
9. 9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel l'organe de guidage est un organe de guidage magnétique (22).