Abstract
Radiation from the Terahertz (THz) (also called far-infrared) region of the electromagnetic spectrum is extensively used for many different purposes. This chapter gives an introduction to the generation mechanisms of THz radiation. The underlying physics processes will be discussed with emphasis on the properties of coherent radiation and the corresponding accelerator and detection techniques.
Access this chapter
Tax calculation will be finalised at checkout
Purchases are for personal use only
References
M. Abo-Bakr, et al., in Proceedings EPAC, Vienna, 2000, p. 720
D. Arena, Y. Shen, T. Watanabe, C.C. Kao, J. Murphy, X.J. Wang, G. Carr, in Joint 32nd International Conference on Infrared and Millimeter Waves, 2007 and the 2007 15th International Conference on Terahertz Electronics (IRMMW-THz), 2007, Cardiff, pp. 827–829
V. Asgekar, G. Geloni, V. Kocharyan, N. Stojanovic, P. Michel, M. Gensch, Infrared Phys. Technol. 64(0), 26 (2014). doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.infrared.2014.01.009. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1350449514000103
S. Bielawski, C. Evain, T. Hara, M. Hosaka, M. Katoh, S. Kimura, A. Mochihashi, M. Shimada, C. Szwaj, T. Takahashi, Y. Takashima, Nat. Phys. 4(5), 390 (2008)
R.A. Bosch, Il Nuovo Cimento 20 D(4), 483 (1998)
R. Bosch, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 431(1–2), 320 (1999). doi:10.1016/S0168-9002(99)00267-3, http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168900299002673
E. Bründermann, H. Heinz-Wilhelm, M.F. Kimmitt, Terahertz Techniques. Springer Series in Optical Sciences (Springer, Berlin/Heidelberg, 2012)
M. Brosi, M. Caselle, E. Hertle, A. Kopmann, A.S. Müller, P. Schönfeldt, M. Schwarz, J. Steinmann, M. Weber, in Proceedings of IPAC, Richmond, 2015, p. MOPHA042
J.M. Byrd, M.C. Martin, F. Sannibale, CERN Courier 45(7), 39 (2005)
J.M. Byrd, Z. Hao, M.C. Martin, D.S. Robin, F. Sannibale, R.W. Schoenlein, A.A. Zholents, M.S. Zolotorev, Phys. Rev. Lett. 96(16), 164801 (2006). doi:10.1103/PhysRevLett.96.164801
G.L. Carr, et al., in Proceedings PAC’99, New York, 1999
S. Casalbuoni, B. Schmidt, P. Schmüser, V. Arsov, S. Wesch, Phys. Rev. ST Accel. Beams 12(3), 030705 (2009). doi:10.1103/PhysRevSTAB.12. 030705
M. Caselle, M. Balzer, S. Chilingaryan, M. Hofherr, V. Judin, A. Kopmann, N.J. Smale, P. Thoma, S. Wuensch, A.S. Müller, M. Siegel, M. Weber, J. Instrum. 9(01), C01024 (2014). http://stacks.iop.org/1748-0221/9/i=01/a=C01024
O. Chubar, P. Elleaume, in Proceedings of EPAC’98, Stockholm, 1998, p. 1177
J.A. Clarke, The Science and Technology of Undulators and Wigglers (Oxford University Press, Oxford, 2004)
D.A.G. Deacon, L.R. Elias, J.M.J. Madey, G.J. Ramian, H.A. Schwettman, T.I. Smith, Phys. Rev. Lett. 38(16), 892 (1977). doi:10.1103/PhysRevLett. 38.892
G. Doucas, J.H. Mulvey, M. Omori, J. Walsh, M.F. Kimmitt, Phys. Rev. Lett. 69, 1761 (1992). doi:10.1103/PhysRevLett.69.1761
C. Evain et al., Europhys. Lett. 98, 40006 (2009)
E. Forest, Beam Dynamics—A New Attitude and Framework (Harwood Academic Publisher, Amsterdam, 1998)
I.M. Frank, Izv. Akad. Nauk SSSR, Ser. Fiz. 6, 3 (1942)
G. Geloni, V. Kocharyan, E. Saldin, E. Schneidmiller, M. Yurkov, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A: Accel. Spectrom. Detectors Assoc. Equip. 605(3), 409 (2009a). doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.nima.2009.03.240, http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168900209007372
G. Geloni, V. Kocharyan, E. Saldin, E. Schneidmiller, M. Yurkov, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A: Accel. Spectrom. Detectors Assoc. Equip. 607(2), 470 (2009b). doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.nima.2009.04.039, http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168900209008912
M. Gensch, et al., in Proceedings of IPAC 2014 (Dresden, Germany, 2014), p. TUZA02
V.L. Ginzburg, Phys. Scr. 1982(T2A), 182 (1982). http://stacks.iop.org/1402-4896/1982/i=T2A/a=024
N. Hiller et al., in Proceedings of IPAC 2013, Shanghai, 2013, p. MOPME014
N. Hiller, et al., in Proceedings of IBIC, Monterey, 2014
K. Holldack, T. Kachel, S. Khan, R. Mitzner, T. Quast, Phys. Rev. ST Accel. Beams 8(4), 040704 (2005). doi:10.1103/PhysRevSTAB.8.040704
ISO 20473:2007, ISO Geneva (2007)
J.D. Jackson, Classical Electrodynamics, 3rd edn. (Wiley, New York, 1999)
V. Judin, S. Hillenbrand, N. Hiller, E. Huttel, M. Klein, S. Marsching, A.S. Müller, N.J. Smale, K. Sonnad, P. Tavares, in Proceedings of IPAC, Kyoto, 2010, pp. 2526–2528
S. Khan, J. Mod. Optic. 55(21), 3469 (2008)
S. Khan, et al., Synchrotron Radiat. News 24(5), 18 (2011)
K.J. Kim, K.T. McDonald, G.V. Stupakov, M.S. Zolotorev, Phys. Rev. Lett. 84, 3210 (2000). doi:10.1103/PhysRevLett.84.3210, http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.84.3210
R. Klein, G. Brandt, R. Fliegauf, A. Hoehl, R. Müller, R. Thornagel, G. Ulm, M. Abo-Bakr, J. Feikes, M.v. Hartrott, K. Holldack, G. Wüstefeld, Phys. Rev. ST Accel. Beams 11(11), 110701 (2008). doi:10.1103/PhysRevSTAB.11.110701
G. Kube, H. Backe, H. Euteneuer, A. Grendel, F. Hagenbuck, H. Hartmann, K.H. Kaiser, W. Lauth, H. Schöpe, G. Wagner, T. Walcher, M. Kretzschmar, Phys. Rev. E 65(5), 056501 (2002). doi:10.1103/PhysRevE.65.056501
R. Lai, A.J. Sievers, Nucl. Instrum. Meth. A 397, 221 (1997)
C. Mai, F.H. Bahnsen, M. Bolsinger, S. Hilbrich, M. Höner, M. Huck, S. Khan, A.M. auf der Heide, R. Molo, H. Rast, G. Shayeganrad, P. Ungelenk, H. Huck, M. Brosi, B. Kehrer, A.S. Müller, M.J. Nasse, P. Schönfeldt, P. Schütze, S. Walther, in Proceedings of IPAC, Richmond, 2015, p. MOPHA023
Y.L. Mathis, B. Gasharova, D.A. Moss, in WIRMS, Rathen, 2005
F. Miyahara, F. Hinode, M. Kawai, T. Muto, K. Nanbu, H. Oohara, Y. Tanaka, H. Hama, in Proceedings of IPAC, Kyoto, 2010, pp. 4509–4511
P. Muggli, V. Yakimenko, M. Babzien, E. Kallos, K.P. Kusche, Phys. Rev. Lett. 101(5), 054801 (2008). doi:10.1103/PhysRevLett.101.054801
A.S. Müller, Reviews of Accelerator Science and Technology 3(1), 165 (2010). doi:10.1142/S1793626810000427, http://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/S1793626810000427
A.S. Müller, I. Birkel, M. Fitterer, S. Hillenbrand, N. Hiller, A. Hofmann, E. Huttel, K. Il’in, V. Judin, M. Klein, S. Marsching, Y.L. Mathis, P. Rieger, M. Siegel, N.J. Smale, K. Sonnad, P. Tavares, A.D. Semenov, H.W. Hübers, in Proceedings of IPAC, Kyoto, 2010, pp. 2529–2531
A.S. Müller, et al., in ICFA Beam Dynamics Newsletter No. 57, 2012, pp. 154–165
J. Murphy, S. Krinsky, R. Gluckstern, Part. Accel. 57, 9 (1997)
M.J. Nasse, M. Schuh, S. Naknaimueang, M. Schwarz, A. Plech, Y.L. Mathis, R. Rossmanith, P. Wesolowski, E. Huttel, M. Schmelling, A.S. Müller, Rev. Sci. Instrum. 84(2), 022705 (2013). doi:http://dx.doi.org/10.1063/1.4790431, http://scitation.aip.org/content/aip/journal/rsi/84/2/10.1063/1.4790431
A. Nause, E. Dyunin, R. Ianconescu, A. Gover, J. Opt. Soc. Am. B 31(10), 2438 (2014). doi:10.1364/JOSAB.31.002438. http://josab.osa.org/abstract.cfm?URI=josab-31-10-2438
C. Prokop, P. Piot, M.C. Lin, P. Stoltz, Appl. Phys. Lett. 96(15), 151502 (2010). doi:10.1063/1.3386543
J. Raasch, A. Kuzmin, P. Thoma, K. Il’in, M. Arndt, S. Wuensch, M. Siegel, J. Steinmann, A.S. Müller, E. Roussel, C. Evain, C. Szwaj, S. Bielawski, T. Konomi, S.I. Kimura, M. Katoh, M. Hosaka, N. Yamamoto, H. Zen, K. Iida, B. Holzapfel, IEEE Trans. Appl. Supercond. 25(3), 2300106 (2015)
P. Rieger, Y.L. Mathis, B. Gasharova, D. Moss, Vibrational Spectroscopy 75(0), 196 (2014). doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.vibspec.2014.06.005, http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924203114001040
M. Ries, J. Feikes, P. Schmid, G. Wüstefeld, in Proceedings of IPAC, San Sebastian, 2011, pp. 945–947
D.S. Robin, et al., in Proceedings of EPAC 2008, Genoa, 2008, p. WEPC049
E. Roussel, C. Evain, C. Szwaj, S. Bielawski, Phys. Rev. ST Accel. Beams 17, 010701 (2014a). doi:10.1103/PhysRevSTAB.17.010701, http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevSTAB.17.010701
E. Roussel, C. Evain, C. Szwaj, S. Bielawski, J. Raasch, P. Thoma, A. Scheuring, M. Hofherr, K. Ilin, S. Wünsch, M. Siegel, M. Hosaka, N. Yamamoto, Y. Takashima, H. Zen, T. Konomi, M. Adachi, S. Kimura, M. Katoh, Phys. Rev. Lett. 113, 094801 (2014b). doi:10.1103/PhysRevLett.113.094801. http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.113.094801
E. Roussel, C. Evain, M.L. Parquier, C. Szwaj, S. Bielawski, L. Manceron, J.B. Brubach, M.A. Tordeux, J.P. Ricaud, L. Cassinari, M. Labat, M.E. Couprie, P. Roy, arXiv:1410.7048, 2014c
E. Roussel, C. Evain, M. Le Parquier, C. Szwaj, S. Bielawski, L. Manceron, J.B. Brubach, M.A. Tordeux, J.P. Ricaud, L. Cassinari, M. Labat, M.E. Couprie, P. Roy, in Proceedings of SPIE, Advances in X-ray Free-Electron Lasers Instrumentation III, vol. 9512, 2015, p. 95120U
M. Schwarz, P. Basler, M. v. Borstel, A.S. Müller, Phys. Rev. ST Accel. Beams 17, 050701 (2014). doi:10.1103/PhysRevSTAB.17.050701, http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevSTAB.17.050701
S.V. Shchelkunov, T.C. Marshall, J.L. Hirshfield, M.A. LaPointe, Phys. Rev. ST Accel. Beams 8(6), 062801 (2005). doi:10.1103/PhysRevSTAB.8.062801
Y. Shibata, S. Hasebe, K. Ishi, S. Ono, M. Ikezawa, T. Nakazato, M. Oyamada, S. Urasawa, T. Takahashi, T.and Matsuyama, K. Kobayashi, Y. Fujita, Phys. Rev. E 57(1), 1061 (1998). doi:10.1103/PhysRevE.57.1061
M. Shimada, M. Katoh, S. Kimura, A. Mochihashi, M. Hosaka, Y. Takashima, T. Hara, T. Takahashi, Jpn. J. Appl. Phys. 46(12), 7939 (2007). doi:10.1143/JJAP.46.7939, http://jjap.ipap.jp/link?JJAP/46/7939/
A.G. Shkvarunets, R. Fiorito, F. Müller, V. Schlott, in Proceedings of DIPAC, Venice, 2007, p. WEPC21
Y. Shoji, Infrared Phys. Technol. 51, 367 (2008)
S.J. Smith, E.M. Purcell, Phys. Rev. 92(4), 1069 (1953). doi:10.1103/ PhysRev.92.1069
J. Steinmann, et al., in Proceedings of IPAC, Richmond, 2015, p. TUPWA043
A.G. Stepanov, L. Bonacina, S.V. Chekalin, J.P. Wolf, Opt. Lett. 33(21), 2497 (2008). doi:10.1364/OL.33.002497, http://ol.osa.org/abstract.cfm?URI=ol-33-21-2497
G. Stupakov, Phys. Rev. Lett. 102, 074801 (2009). doi:10.1103/PhysRevLett.102.074801, http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.102.074801
G. Stupakov, S. Heifets, Phys. Rev. ST Accel. Beams 5(5), 054402 (2002). doi:10.1103/PhysRevSTAB.5.054402
D. Sütterlin, D. Erni, M. Dehler, H. Jäckel, H. Sigg, V. Schlott, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. B: Beam Interact. Mater. Atoms 264(2), 361 (2007). doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.nimb.2007.08.092, http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168583X07015091
T. Takahashi, Y. Shibata, K. Ishi, M. Ikezawa, M. Oyamada, Y. Kondo, Phys. Rev. E 62(6), 8606 (2000). doi:10.1103/PhysRevE.62.8606
B. Terzic, K. Godunov, D. Arumugam, M. Zubair, in Proceedings of IPAC, Richmond, 2015, p. MOBC2
P. Thoma, A. Scheuring, M. Hofherr, S. Wünsch, K. Il’in, N. Smale, V. Judin, N. Hiller, A.S. Müller, A. Semenov, H.W. Hübers, M. Siegel, Appl. Phys. Lett. 101(142601) (2012). http://dx.doi.org/10.1063/1.4756905
M. Venturini, R. Warnock, Phys. Rev. Lett. 89, 224802 (2002). doi:10.1103/PhysRevLett.89.224802, http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.89.224802
H. Wiedemann, Particle Accelerator Physics, 3rd edn. (Springer, Berlin/Heidelberg, 2007)
I. Wilke, A.M. MacLeod, W.A. Gillespie, G. Berden, G.M.H. Knippels, A.F.G. van der Meer, Phys. Rev. Lett. 88, 124801 (2002). doi:10.1103/PhysRevLett.88.124801, http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.88.124801
G. Wüstefeld, in Proceedings of EPAC, Genoa, 2008, pp. 26–30
G. Wüstefeld, A. Jankowiak, J. Knobloch, M. Ries, in Proceedings of IPAC, San Sebastian, 2011, pp. 2936–2938
D. Xiang, G. Stupakov, Phys. Rev. ST Accel. Beams 12(8), 080701 (2009). doi:10.1103/PhysRevSTAB.12.080701
X. Yan, A. MacLeod, W. Gillespie, G. Knippels, D. Oepts, et al., Phys. Rev. Lett. 85, 3404 (2000). doi:10.1103/PhysRevLett.85.3404
A. Zholents, P. Heimann, M. Zolotorev, J. Byrd, Nucl. Instrum. Methods A 425(1-2), 385 (1999). doi:10.1016/S0168-9002(98)01372-2, http://www.sciencedirect.com/science/article/B6TJM-3WWDNJC-15/2/1b4ae54af950e0dc041cc424e95127c2
B.W. Zotter, S.A. Kheifets, Impedances and Wakes in High-Energy Particle Accelerators (World Scientific, Singapore, 1998)
Acknowledgements
We would like to thank M. Brosi, N. Hiller, Y-L. Mathis, J. Raasch, M. Siegel, and J.L. Steinmann from KIT and C. Mai, S. Khan, and P. Ungelenk from DELTA for contributing figures and input for figures. It is a pleasure to thank M. Schmelling for his careful reading of the manuscript and his many helpful comments. Finally, we want to acknowledge our colleagues from the AKNA-THz and ANKA-IR groups and in particular E. Bründermann for countless insightful discussions on accelerator physics and coherent radiation.
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Editor information
Editors and Affiliations
Rights and permissions
Copyright information
© 2016 Springer International Publishing Switzerland
About this entry
Cite this entry
Müller, AS., Schwarz, M. (2016). Accelerator-Based THz Radiation Sources. In: Jaeschke, E., Khan, S., Schneider, J., Hastings, J. (eds) Synchrotron Light Sources and Free-Electron Lasers. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-14394-1_6
Download citation
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-14394-1_6
Publisher Name: Springer, Cham
Print ISBN: 978-3-319-14393-4
Online ISBN: 978-3-319-14394-1
eBook Packages: Physics and AstronomyReference Module Physical and Materials ScienceReference Module Chemistry, Materials and Physics