[发明专利]一种嵌套式同轴发射异步电子注的电子光学系统

说明书

本发明公开一种嵌套式同轴发射异步电子注的电子光学系统，应用于真空电子技术领域，针对现有多注太赫兹电子枪不能产生异步电子注的问题，本发明的电子枪依次包括：圆形电子注阴极发射面、过渡结构以及阳极，所述过渡结构至少包括：环形电子注阴极发射面；圆形电子注阴极发射面发射的圆形电子注，先经发射圆形电子注的阴极与过渡结构之间的电压差进行第一次加速，然后经过渡结构与阳极之间的电压差进行第二次加速；由环形电子注的阴极表面发射的环形电子注经过渡结构与阳极之间的电压差进行加速后，与经两次加速后的圆形电子注进入高频系统与电磁波进行注波互作用后被收集极收集，本发明实现了高质量的圆形电子注和环形电子注的嵌套同轴发射。

技术领域

本发明属于真空电子技术领域，特别涉及一种嵌套式同轴发射的异步电子注电子光学系统。

背景技术

随着太赫兹技术在超高速通信、超高分辨率雷达、安全检查等民用和军事领域的应用，对W级功率的太赫兹源的需求越来越大。目前太赫兹源的产生方式主要是基于固态器件、光学器件以及真空电子器件。其中，真空电子器件的太赫兹源因其高功率、高效率、稳定性强等优点是目前最具潜力的太赫兹源。然而，在太赫兹波段，互作用电路也面临着这尺寸减小的问题，对当前的加工工艺也具有较大的挑战，尤其是随着频段的升高，小几何尺寸的互作用电路造成电子注传输的困难，对大电流密度的产生和聚焦有一定的挑战。

为了降低加工难度并产生大功率太赫兹源，能够产生大电流、并在小尺寸的太赫兹器件中传输的大电流密度的阴极，新型太赫兹慢波结构，以及基于皮尔斯注波互作用的理论创新是当前真空太赫兹源的研究重点。其中专利“一种双电子注太赫兹折叠式行-返波放大器”就是对注波互作用的理论创新，提供了一种新型的注波互作用理论，双电子注太赫兹折叠式行-返波放大理论中两个异步的电子注分别与前向波和反向波进行注波互作用。构建反馈式注波互作用回路，与传统的注波互作用相比提高了输出功率、增益、电子效率，从而获得大功率太赫兹源。同时，通过反馈回路的建立，能够缩短互作用长度，大大的降低互作用长度带来的电子注通道一致性的问题，降低了对当前加工工艺的挑战。因此产生异步电子注的电子光学系统迫在眉睫。传统的多注太赫兹电子枪由于不能产生异步电子注，同时由于工艺以及材料的限制，电子注之间的距离过大，对太赫兹源的小型化以及多电子注通道的加工装配具有一定的挑战，因此不再满足发展的需求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种嵌套式同轴发射异步电子注的电子光学系统，在产生异步电子注的同时，能够实现电子注的同轴发射，缩短电子注轴心之间的距离有利于器件的小型化、集成化等特点。

本发明采用的技术方案为：一种嵌套式同轴发射异步电子注的电子光学系统，包括：电子枪，磁聚焦系统以及收集极结构，所述电子枪依次包括：圆形电子注阴极发射面、过渡结构以及阳极，所述过渡结构至少包括：环形电子注阴极发射面。

进一步地，所述阳极电势为0，过渡结构电势为-V1，圆形电子注阴极发射面电势为-V2，且V2V1。

进一步地，还包括：第一聚焦极，所述第一聚焦极设于圆形电子注阴极发射面处，第一聚焦极电势为-V2。

更进一步地，还包括第二聚焦极，所述第二聚焦极为环形电子注阴极发射面位置设置的嵌套式聚焦极。

进一步地，所述圆形电子注与环形电子注在电子注通道的横截面上呈嵌套且同轴分布。

进一步地，所述过渡结构与圆形电子注阴极发射面之间还包括保护电极。

本发明的有益效果：本发明的嵌套式同轴发射异步电子注的电子光学系统，实现了高质量的圆形电子注和环形电子注的嵌套同轴发射，具备以下优点：

1、相较于多电子注电子枪中多个阴极发射面的并行排列或者其他非嵌套排列方式，本发明采用阴极发射面嵌套的方法，缩短电子注轴心之间的距离，减少阴极发射面的横向尺寸，有利于电子枪的小型化、集成化；