[发明专利]一种用于产生毫米波和太赫兹辐射的光栅结构

说明书

本发明公开了一种用于产生毫米波和太赫兹辐射的光栅结构，属于真空电子技术领域。本发明包括电子发射极、周期金属脊结构、矩形金属块、电子收集级、介质块和反射镜；电子发射极发射电子团或电子注，当电子经过光栅齿和矩形金属块之间时，在周期金属脊结构和矩形金属块中诱导出两个镜像电荷，可视为两个偶极子；当电子运动到周期金属脊结构的槽的上方时，两个镜像电荷与电子之间的距离将发生变化，电子周期性的经过光栅齿和槽，镜像电荷和电子形成的电偶极子将发生振荡，从而激发出电磁辐射。本发明中两个电偶极子同时振荡，因此极大的提高了Smith‑Purcell辐射的效率。

技术领域

本发明属于真空电子技术领域，具体涉及一种用于产生毫米波和太赫兹辐射的光栅结构。

背景技术

传统的金属光栅结构示意图如图1所示，电子掠过金属光栅表面激发出Smith-Purcell辐射，其辐射机制是电子在金属光栅上方运动时，在光栅中诱导出镜像电荷，而当电子从周期出现的光栅齿和光栅槽上方经过时，电子与镜像电荷的距离将发生周期改变，所形成的电偶极子的距离将周期变化，从而形成振荡，激发出辐射，其辐射的频率范围与光栅的周期和电子运动速度相关。基于Smith-Purcell的辐射机制，后来发展了orotron和Smith-Purcell自由电子激光等辐射源。其中，orotron是光栅镶嵌在一个反射镜上，而光栅的正上方加载一个反射镜，光栅和反射镜构成一个准光谐振腔，该谐振腔能对其中某些辐射频率进行谐振，然后输出。传统电真空器件，如返波管、速调管，其一般工作在封闭的金属腔，要求结构尺寸与波长共度，即工作波长越短时，要求的结构尺寸越小，因此这也成为电真空器件向高频发展的瓶颈之一。对于Orotron采用准光谐振腔，可以工作在更高的频率，如毫米波、太赫兹波段。

提高Smith-Purcell辐射的功率，将有助于基于Smith-Purcell辐射的辐射源(例如Orotron)研究。因此，采用一种新的形式的光栅，从物理机制层面提高Smith-Purcell辐射的功率具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种用于产生毫米波和太赫兹辐射的光栅结构。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：

一种用于产生毫米波和太赫兹辐射的光栅结构，包括电子发射极11、周期金属脊结构12、矩形金属块13、电子收集级15、介质块16和反射镜；反射镜包括上反射镜46和下反射镜；矩形金属块13位于周期金属脊结构12的光栅齿的正上方并留有空隙，矩形金属块13与光栅齿均呈直线型周期性排布；每个矩形金属块13和相应的光栅齿中间采用两个介质块16作为支撑，两个介质块16分别位于周期金属脊结构宽度的两端；电子发射极11和电子收集级15分别位于周期金属脊结构长度方向的对侧；上反射镜46位于周期金属脊结构12的正上方并留有空隙；周期金属脊结构12镶嵌在下发射镜上；

电子发射极11发射电子团或电子注，当电子经过光栅齿和矩形金属块13之间时，在周期金属脊结构12和矩形金属块13中诱导出两个镜像电荷，可视为两个偶极子；当电子运动到周期金属脊结构12的槽的上方时，两个镜像电荷与电子之间的距离将发生变化，电子周期性的经过光栅齿和槽，镜像电荷和电子形成的电偶极子将发生振荡，从而激发出电磁辐射。

电子发射极11的形状为带状、圆形或椭圆形等；

上反射镜46与周期金属脊结构中的空隙大小为工作半波长的整数倍；

介质块16的材料选用低介电常数的介质材料，如SiO₂。

本发明的有益效果是：

与现有技术的传统金属光栅相比，本发明中两个电偶极子同时振荡，因此极大的提高了Smith-Purcell辐射的效率。

附图说明

图1为传统的金属光栅结构示意图；