[发明专利]一种电磁波辐射系统及辐射方法

说明书

本申请提供了一种电磁波辐射系统及辐射方法，其中，所述电磁波辐射系统可以形成多个方向上的相干的Smith‑Purcell辐射，这些相干Smith‑Purcell辐射进一步在三维空间中产生相互干涉，最终形成沿若干特定方向的相干Smith‑Purcell辐射。通过改变多个通孔的阵列排布的结构参数、排布方式和预设电子注的电子参数，可以在三维空间中实现对Smith‑Purcell辐射的辐射方向的调控。

技术领域

本申请涉及电磁技术领域，更具体地说，涉及一种电磁波辐射方法及辐射系统。

背景技术

波长在毫米或亚毫米级、频率在太赫兹波段的电磁波在生命科学、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。这个波段的电磁波辐射是发展太赫兹技术的基础。

Smith-Purcell辐射是指匀速带电粒子在掠过周期性表面结构时激发的一种电磁波辐射，其在真空中的辐射波长与辐射方向的关系满足公式(1)：

其中，L表示周期性表面结构的空间周期，β表示带电粒子速度与真空光速的比值，n为负整数，θ为辐射方向与粒子运动方向的夹角。Smith-Purcell辐射的辐射频率(辐射波长的倒数)与方向的密切相关性使其可以作为束流诊断(测量粒子束团长度和能量)的重要手段，同时Smith-Purcell辐射的辐射频率几乎可以覆盖整个电磁波谱，可以发展成为一类重要的电磁辐射源，因此，Smith-Purcell辐射自被发现之日起就是科学研究的一个热点课题。尤其在近年来，利用Smith-Purcell辐射可以产生其他方式较难实现的电磁辐射，最典型就是太赫兹频段(0.1THz-10THz)的电磁波辐射，基于Smith-Purcell效应的太赫兹器件得到了广泛的研究，成为产生太赫兹辐射最有前景的方式之一。

传统Smith-Purcell辐射是宽谱的非相干辐射，且辐射方向朝向光栅上半空间的各个方向。理论和数值仿真表明：通过调节光栅参数和电子注能量，可以得到一种具有特定辐射方向和辐射频率的相干Smith-Purcell辐射，称之为特异Smith-Purcell辐射。特异Smith-Purcell辐射的辐射强度可以比普通Smith-Purcell辐射强度高近一个量级。

现有技术中得到相干Smith-Purcell辐射的技术通常基于一维结构的光栅实现，得到的相干Smith-Purcell辐射的辐射方向只能在二维空间可控，难以实现在三维空间中的辐射方向的控制。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提供了一种电磁波辐射系统及辐射方法，其中，所述电磁波辐射系统基于具有在二维平面上阵列排布的通孔激发产生相干Smith-Purcell辐射，以实现产生多个相干辐射模式和辐射频率的相干Smith-Purcell辐射的目的，并且通过改变多个通孔的阵列排布参数，可以实现对相干Smith-Purcell辐射的辐射方向的调控。

为实现上述技术目的，本申请实施例提供了如下技术方案：

一种电磁波辐射系统，用于产生相干Smith-Purcell辐射，所述电磁波辐射系统包括：

辐射板，所述辐射板具有多个阵列排布的通孔；

电子注发射设备，用于向所述辐射板的一侧发射与所述辐射板表面平行的预设电子注，以使所述预设电子注激励多个阵列排布的通孔，产生相干Smith-Purcell辐射。

可选的，所述通孔在平行于所述辐射板表面的截面的形状为矩形；

所述矩形平行于第一方向的边长小于所述矩形平行于第二方向的边长；

所述第一方向为所述预设电子注的前进方向；

所述第二方向垂直于所述第一方向。