[发明专利]级联高频结构的双电子注太赫兹波辐射源

说明书

技术领域

本发明涉及真空电子器件技术领域，尤其涉及一种级联高频结构的双电子注太赫兹波辐射源。

背景技术

太赫兹(Terahertz，THz)波是频率处在0.1THz-10THz(1THz＝10¹²Hz)之间的电磁波，位于发展相对成熟的微波毫米波与远红外光波之间，其独特的波长特性使得该波段在测量材料物质的光学属性、生物医学成像、表面化学及强场凝聚态物质研究等领域具有广泛的应用价值，同时在军事领域的雷达探测、保密通信也存在重要的应用前景。THz波在军事及民用领域的重要应用价值，引起了各国政府特别是军方的高度关注并且投入了大量的资源用于发展THz波科学技术。THz波在军民两用领域具有潜在的市场前景，为什么还不能获得广泛地应用特别是在国防领域呢？其中最直接也是最根本的原因是缺乏高功率、紧凑可调的室温THz波辐射源，它成为THz技术推向广泛应用的瓶颈之一。因此寻求有效方法、探索新机理发展高性能的THz波辐射源是十分必要的，并且对促进THz波在军事和民用两方面的应用具有重要的战略意义。

有多种方法可以产生THz波辐射。如：半导体THz波辐射源(如THz-QCL等)；基于光子学的THz发生器利用自由电子的THz波辐射源(包括THz真空器件、电子回旋脉塞和自由电子激光)；基于高能加速器的THz辐射源等。THz-QCL辐射源由于受到极低温度的限制成为其广泛应用的屏障，基于光子学的THz源输出的功率较低，而基于高能加速器的THz辐射源由于需要大的加速装置，其广泛应用包括在军事领域的应用也受到了极大的限制。在THz辐射源中，基于真空电子学的扩展互作用振荡器(Extend Interaction Oscillator，简称EIO)由于同时兼顾速调管及行波管的优点，具有高增益及高效率的特点，可发展为高功率、紧凑的THz辐射源，特别是EIO在THz雷达上的应用，因而受到了学者们及军方的高度关注。相对同类真空电子学器件，它具有功率高、体积小以等优势，因此它成为真空电子学THz辐射源的一个热点研究领域。

图1为现有技术工作在返波状态的THz扩展互作用振荡器的示意图。请参照图1，电子枪的阴极102产生的返波电子注105，在磁场系统101和103的约束下与两段式高频结构107相互作用产生THz波，在高频结构的开始端通过输出结构104输出，作用后的电子注被收集极107收集。该器件的特点是由噪声起振产生THz波，工作频率与电子注电压、周期高频结构参数有关，优点是不需要外加激励信号，通过调节工作电压可以实现频率可调。

图2为现有技术THz扩展互作用行波管放大器的示意图。与图1不同的是，行波管放大器多了输入信号端口201，将输入信号RF_in行波高频结构207中，通过电子枪阴极202产生的行波电子注205与高频结构相互作用，产生的THz波RF_out从输出端口4输出，剩余的电子注在被收集极206收集。该结构是普通的行波管放大器，具有功率放大和频带展宽的特性。

在实现本发明的过程中，申请人发现现有技术THz波辐射源具有以下技术问题：

(1)对于THz振荡器辐射源，可以产生较大的输出功率，但是频带窄，不利于抗干扰和有害物质检测等方面的应用；

(2)对于行波管放大器，可以实现功率放大和频带展宽，但是对整个放大系统而言，需要外接激励信号，同时在当前条件下，激励源的功率水平受到极大的限制，使其在超宽带雷达远距离探测、高分辨率成像雷达等应用方面受到了极大的限制。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种级联高频结构的双电子注THz波辐射源。

(二)技术方案