[发明专利]一种电磁辐射源

说明书

技术领域

本发明涉及真空电子学领域，更具体地说，涉及一种电磁辐射源。

背景技术

太赫兹波是指频率在0.1～10THz，波长为3000～30微米范围内的电磁波。它在长波段与毫米波相重合，而在短波段与红外线相重合。太赫兹波在电磁波频谱中占有很特殊的位置。研究发现太赫兹波作为一种高频电磁波比X射线更安全，在生命科学、材料科学、高速通信以及国家安全等诸多领域具有广阔的应用前景，是当前国内外研究者普遍关注的热点研究课题。

用于产生这个波段的电磁辐射源是发展相关技术的基础装置。现有技术中，基于带电粒子激励光栅产生的相干史密斯-帕赛尔(Smith-Purcell)辐射效应的Smith-Purcell自由电子激光是工作在太赫兹频段的重要电磁辐射源。传统Smith-Purcell自由电子激光，利用连续电子注在光栅结构表面与反向慢波的相互作用，使连续电子注发生群聚，形成一系列周期性排列的电子团，这些电子团在光栅表面产生相干Smith-Purcell辐射，辐射频率为电子团群聚频率的正整数倍。但是，此种电磁辐射源的辐射强度随频率倍数的提高急剧下降，它的有效辐射频率通常只是电子团群聚频率的两倍，因此，传统的Smith-Purcell自由电子激光的电磁辐射频率和辐射强度都难以达到理想的水平。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电磁辐射源，能够产生具有高辐射频率和高辐射强度的太赫兹波。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种太赫兹波电磁辐射源，包括：

用于产生环形电子注的电子枪；

与所述电子枪对应的收集极；

位于所述电子枪和收集极之间的圆柱光栅，所述圆柱光栅的外径与所述电子枪产生的环形电子注的内径相匹配；

所述圆柱光栅包括靠近所述电子枪一侧的第一光栅和靠近所述收集极一侧的第二光栅；

其中，所述第一光栅用于使所述电子枪产生的环形电子注产生预群聚，所述第二光栅用于使群聚的电子团产生频率大于或等于3倍的电子团群聚频率的特异史密斯-帕赛尔辐射。

优选的，所述第一光栅包括第一柱芯和环绕所述第一柱芯的多个第一梳齿，所述多个第一梳齿沿第一方向依次排列，相邻第一梳齿间设有第一缝隙，所述第一梳齿沿所述第一柱芯的轴线所在的平面的剖面为矩形；

所述第二光栅包括第二柱芯和环绕所述第二柱芯的多个第二梳齿，所述多个第二梳齿沿所述第一方向依次排列，相邻第二梳齿间设有第二缝隙，所述第二梳齿沿所述第二柱芯的轴线所在的平面的剖面为矩形；

所述第一方向为所述电子枪至所述收集极方向。

优选的，所述第二光栅的结构参数与所述电磁辐射源的工作频率之间满足如下关系：

其中，J₀为第一类0阶贝塞尔函数，J₁为第一类1阶贝塞尔函数，N₀为第二类0阶贝塞尔函数，N₁为第二类1阶贝塞尔函数，K₀为第二类0阶变态贝塞尔函数，K₁为第二类1阶变态贝塞尔函数

L为所述第二光栅的周期，d为所述第二缝隙沿所述第一方向的长度，h为所述第二缝隙沿所述第二光栅法线方向的高度，r₀为所述第二光栅的外径，且r_c＝r₀-h；

k₀＝ω/c，k_z＝ω/v，k_c²＝k₀²–k_z²，k_zn＝k_z+2nπ/L，k_cn＝k_c+2nπ/L；

ω为所述电磁辐射源的工作频率与2π的乘积，c为真空下的光速，v为实际环境中的光速。

优选的，所述第二光栅的周期为0.3～0.4毫米，包括端点值；所述第二缝隙沿所述第一方向的长度为0.05～0.1毫米，包括端点值；所述第二缝隙沿所述第二光栅法线方向的长度为0.05～0.1毫米，包括端点值。

优选的，所述第一光栅的周期为0.8～1毫米，包括端点值；所述第一缝隙沿所述第一方向的长度为0.4～0.5毫米，包括端点值；所述第一缝隙沿所述第一光栅法线方向的长度为0.4～0.5毫米，包括端点值。