フォトニクス：自由電子ポンピングによる表面プラズモンポラリトンのコヒーレント増幅

特異な光閉じ込めを伴う表面プラズモニクスは、将来の小型放射源や集積フォトニックデバイスの基盤になると予想されている。光と物質の間のエネルギー移動は、表面波に媒介される光学的な自然放出に関する最近の研究の根底にある決定的な特徴である。しかし、自由電子光源に不可欠である、自由電子のコヒーレントな誘導放出と、その動的増幅過程は、明瞭かつ明確で較正された方法では明らかにされていない。今回我々は、自由電子誘導放出を介したテラヘルツ表面プラズモンポラリトンのコヒーレント増幅、すなわち、フェムト秒光パルスによる、初期テラヘルツ表面波を伴う同一位相自由電子パルスの生成と、続く、それらの相互作用によるテラヘルツ表面波のコヒーレント増強について報告する。増幅の基本的なダイナミクス（1 mmの相互作用長にわたって放射周波数の赤方偏移が2倍になるなど）は、光ポンプ–プローブ法を用いて、電磁場のプロファイル変化として分解された。この手法を、適切に位相整合された電子バンチに拡張することで、理論解析によって超放射表面波増強が予測された。これは、誘導表面波光源の基礎を築くとともに、特にテラヘルツバンドにおける有効な物質操作方法の開発を促進する可能性がある。

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