[发明专利]一种基于微脉冲电子枪的太赫兹光源系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种太赫兹光源系统，特别是关于一种基于微脉冲电子枪的太赫兹光源系统。

背景技术

频率为0.1THz-10THz波段的电磁波称为太赫兹波，太赫兹技术作为新兴的技术热点，在物理学、材料科学、天文学、信息技术和国防科学等多个领域都具有巨大的研究潜力，近年来引起了很多国家的广泛关注。然而，太赫兹技术的发展受多个因素的制约，其中最重要的因素就是太赫兹源。目前，太赫兹源主要通过以下几种方式产生：半导体瞬间电流产生、光整流产生、电子加速产生、光电导产生和非线性差频产生。然而以上几种太赫兹源的产生方式自身均存在一定缺陷，例如采用非线性材料差频的方法和采用光电导天线方法产生的太赫兹波不仅辐射功率比较小而且产生效率比较低，利用量子级联激光器(QCL)虽然能够输出比较高的功率但是其必须工作在低温环境下，加速器产生的THz辐射可以达到较高的功率但其设备庞大运行成本高。如何找到运行在常温条件下、设备小巧、产生功率高的太赫兹源一直是科学研究的重点。

Smith-Purcell效应是1953年由Smith和Purcell发现的重要物理现象，基于这一效应发展起来的Smith-Purcell型太赫兹源成为了重要的微波辐射源。研究表明，采用电子束团同表面光栅的表面波模式相互作用的Smith-Purcell型太赫兹源，其工作在室温条件下，可以产生瓦级的太赫兹波。这种Smith-Purcell型太赫兹源为太赫兹源的小型化、室温化、高功率、可调节化提供了一条有效的实现途径。目前，Smith-Purcell型太赫兹源一般都是采用连续电子束团的工作方式，这种工作方式产生的太赫兹波相干性差，光的品质较差。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种太赫兹波相干性好且功率较大的基于微脉冲电子枪的Smith-Purcell型太赫兹光源系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于微脉冲电子枪的太赫兹光源系统，其特征在于：它包括微脉冲电子枪、真空容器、加速聚焦单元、Smith-Purcell型回波振荡器、真空泵组、供电单元和控制单元；所述微脉冲电子枪通过法兰与所述真空容器的顶端连接，所述加速聚焦单元和Smith-Purcell型回波振荡器分别固定设置在所述真空容器内的上部和下部；所述真空容器上部的侧壁上和底端分别开设一上真空口和一下真空口，所述上真空口和下真空口分别连接一所述真空泵组；所述真空泵组和供电单元分别为所述微脉冲电子枪、加速聚焦单元和Smith-Purcell型回波振荡器提供真空环境和电源；所述控制单元控制所述微脉冲电子枪、加速聚焦单元和Smith-Purcell型回波振荡器协调工作，所述微脉冲电子枪产生的微脉冲电子束团传输至所述加速聚焦单元，所述加速聚焦单元对微脉冲电子束团进行加速和聚焦，加速和聚焦后的微脉冲电子束团通过所述Smith-Purcell型回波振荡器产生相干的太赫兹辐射。

所述微脉冲电子枪包括矩形波导、谐振腔体、栅网、微分直线导入器、阴极片和冷却水槽；微波通过所述矩形波导和谐振腔体之间的耦合孔馈入所述谐振腔体内，在所述谐振腔体内产生谐振的电磁场；谐振的电磁场使电子在所述谐振腔体内振荡并撞击到所述栅网和所述微分直线导入器底端的所述阴极片，电子在所述栅网与阴极片上实现二次电子倍增，产生纵向长度小于或等于10ps且电荷量为1.6pC～16nC电子束团；所述冷却水槽围设在所述谐振腔体外侧，所述控制单元通过控制流过所述冷却水槽中水的温度实现对所述谐振腔体整体温度的控制。

所述阴极片是由二次电子倍增材料制成的圆形片状结构，其上不带有任何网格，其直径为2cm，厚度为0.4mm；所述阴极片固定在所述微分直线导入器底端，其伸入所述谐振腔体的距离能够不断调节，调节的精度为0.005mm。

所述栅网是由二次电子倍增材料制成的圆形片状结构，其直径为2cm，厚度为0.03mm；其上设置有使部分电子溢出的若干圆形网孔。

所述圆形网孔的直径为0.05mm。