개방 공진 캐비티에서 강력한 테라헤르츠 펄스의 소스로서 언듈레이터 기반 초방사(superradiant) 오실레이터를 조사하였다. 광학 캐비티에 대해 컨포컬(confocal) 구성이 전자-복사 결합에 유리한 것으로 확인되었다. 전자 빔의 연속된 bunch들에 대해 초방사가 순차적으로 누적되어 구성적으로 축적되려면, bunch 주기가 복사 펄스의 왕복 시간(round-trip time)의 짝수 배여야 한다. 수치 시뮬레이션 결과, 복사 펄스에 대한 전자 bunch의 슬립(slip)이 펄스 폭과 이에 대응하는 대역폭을 좌우하는 것으로 나타났다. 또한 에너지 추출이 최적화되도록 하는 자동 bunch-펄스 위치 설정(automatic bunch-pulse positioning)이 관찰되었는데, 이는 처음에는 폐쇄형 캐비티 환경에서 처음 보고된 바와 동일한 현상이다.

광학 공진기 내에서 주기적인 전자 빔 덩어리(periodic electron bunches)가 보이는 언듈레이터 초방사(undulator superradiance)는 초광대역에 걸쳐 다수의 공진기 모드를 여기시킨다. 상호작용 동역학은 각각의 모드가 제공하는 다수의 작은 폰데로모티브 퍼텐셜(ponderomotive potentials)로부터 구성되는, 결맞는 퍼텐셜 우물(coherent potential well)을 포함한다. 이러한 작은 퍼텐셜들 사이의 비결맞음(decoherence)은 빔 덩어리와 방사 펄스 사이의 미끄러짐(slippage)으로 인해 주로 발생한다. 그러나 초광대역이 전체적으로 미치는 영향은, 단일 모드 상호작용에서 확립된 에너지 전환 효율(energy-conversion efficiency)에 대한 스케일링 법칙(scaling law)을 변화시키지 않는다.

주기적인 전자 번치가 방출하는 코히어런트 언듈레이터 싱크로트론 복사(cavity build-up)를 조사한다. 최적의 오프-그레이징 공명(off-grazing resonance)에서, 복사 펄스에 대한 번치의 슬립 페이지(slippage)로 인해 방사선이 단일 번치에 의해 방출되는 것처럼 협동적으로 축적되는 초기 천이(transient) 기간이 발생한다. 이 기간 동안의 출력 증가는 번치 수에 대해 이차적이다. 협동 번치의 수는 ∼2 ℓs 2이며, 여기서 ℓs는 공명 파장의 단위로 나타낸 슬립 페이지 길이(s lippage length)를 의미한다.

짧은 전자빔 묶음에서 발생하는 일관된 유도자(undulator) 싱크로트론 방사는, 방출이 오프-그레이징 공진(off-grazing resonance)에서 일어날 때 광학 공진기의 많은 횡방향 모드를 포함할 수 있다. 그러나 누적(accumulation)에 대한 위상 정합 조건(phase-matching condition)의 민감도 때문에, 주기적인 묶음들에 걸친 그들의 누적은 단일 지정 모드로 유도될 수 있다. 모드 누적에 대한 분석과 수치 시뮬레이션 결과를 함께 제시한다.

주기적인 전자 번치의 코히런트 언듈레이터 싱크로트론 복사(coherent undulator synchrotron radiation)를 기반으로 한 초방사(superradiant) 오실레이터에서 전자 에너지 스프레드(electron energy spread)가 미치는 영향을 수치적으로 조사하였다. 허용되는 에너지 스프레드는 1/2N U 로 스케일됨이 확인되었으며, 여기서 N U 는 언듈레이터 주기(undulator period) 단위로 나타낸 공동(cavity) 길이이다. 그 결과, 공동 길이가 몇 개의 언듈레이터 주기 내에서 제한되는 경우, 약 10% 수준의 에너지 스프레드도 상당한 복사 성장(radiation growth)을 유발할 수 있다.

주기적인 전자 빔(전자 묶음) 열에서 방출되는 정합(coherent) 인듀레이터 싱크로트론 복사의 공동(cavity) 축적을 조사한다. 연속된 빔에서 방출된 복사가 축적되기 위한 위상 정합 조건을 분석하고 수치적으로 확인한다. 단일 빔의 정합 방출은 스치듯 하는(grazing) 공진에서 최적이지만, 도파관 모드의 상부 공진 주파수를 목표로 한 축적 복사는 공진이 스치듯 하는 조건으로부터 멀어질수록 훨씬 더 넓은 대역폭과 높은 효율을 갖는 것으로 관찰된다. 수치 결과는 자극된 초복사(stimulated superradiance)가 축적 복사를 담당함을 확인한다.

피코초 규모의 전자 번치(electron bunches)는 테라헤르츠파를 초방사(superradiantly)적으로 방출할 수 있다. 공진 캐비티(resonating cavity)에 주입된 주기적인 번치들의 열(train)에 대해 초방사 언듈레이터 방사(superradiant undulator radiation)가 고려된다. 연속된 번치들에 의해 여기되는 캐비티 모드들은 축적 조건을 만족할 때 축적될 수 있음이 밝혀졌다. 축적 조건은 [Δω n /2π+( n + 2 L /λ w )/ T R ] T b = 정수이며, 여기서 Δω n은 주파수 불일치(frequency mismatch), n은 모드 번호, L은 캐비티 길이, λ w는 언듈레이터 주기, T R은 왕복 시간(round trip time), T b는 번치 주기이다. 수치 시뮬레이션은 축적 조건이 충족될 때 공진 모드(Δω n =0) 및 특정 비공진 모드(Δω n =2π p / T R , p =홀수)가 성장하는 것을 보여준다. 또한 시뮬레이션에서는 입사각이 작은(스치듯 하는, grazing) 공명(grazing resonance)을 통해 여기되어 나온 방사 펄스에서 초방사 방출이 자극되는 현상도 확인되었다. 복사 효율은 포화에 도달할 때까지 번치가 연속해서 추가될수록 증가하는 것으로 관측된다.