[发明专利]基于突变拓扑态的高功率辐射源设计方法

权利要求书

1.基于突变拓扑态的高功率辐射源设计方法，其特征在于，通过频率设计不同介电常数的材料组分及厚度，实现色散曲线由“椭圆曲线型”转变为“双曲线型”的拓扑态发生突变的状态，在材料波矢的拓扑态突变点来设计器件输出辐射特性，具体包括如下步骤：

S1、设计一种支持突变拓扑态的辐射器件结构，该辐射器件结构分为石墨烯层/氮化硼层/金属铝层三层，其中石墨烯层在极紫外为介质特性，金属铝层实现金属特性；

S2、辐射器件结构的厚度设计，石墨烯层的层数、氮化硼层与金属铝层的厚度依据公式(1)、(2)进行确定：

ε_y＝ε_z＝mε_g+nε_d+(1-m-n)ε_m (2)

其中ε_g为石墨烯介电常数，ε_d为氮化硼介电常数，ε_m为金属介电常数，m、n分别为石墨烯层和氮化硼层所占厚度比例，ε_x、ε_y、ε_z分别为辐射器件结构在X、Y、Z方向上的等效介电常数，在公式(1)、(2)基础上设计计算等效介电常数ε_x、ε_y、ε_z；

S3、辐射场强及电子飞行距离设计，拓扑态突变点的切伦科夫辐射波矢方向沿传播方向，将电磁波的能流方向与波矢方向垂直，实现电子能量最大化提取，同时耦合到媒质中的电磁能量以最低损耗辐射至结构体外。

2.如权利要求1所述的基于突变拓扑态的高功率辐射源设计方法，其特征在于：所述步骤S1中，石墨烯介电常数通过外加电压实现动态调控。

3.如权利要求1所述的基于突变拓扑态的高功率辐射源设计方法，其特征在于：所述步骤S2中，石墨烯层厚度为1纳米，氮化硼层厚度为3-5纳米，金属铝层厚度为5-10纳米。

4.如权利要求1所述的基于突变拓扑态的高功率辐射源设计方法，其特征在于：所述步骤S3中，通过电子周围能量密度积分，得到该辐射器件结构下利用1keV的电子能量，电磁波辐射功率密度达2×10¹²W/cm²，相对于双曲超材料中辐射功率密度提升一个数量级。

5.如权利要求1所述的基于突变拓扑态的高功率辐射源设计方法，其特征在于：高功率辐射源所有制备加工工艺均通过标准半导体微纳加工工艺完成，将结构体加工到芯片上。