[发明专利]一种多片叠加太赫兹高频互作用系统的加工方法

说明书

本发明属于微波电真空器件领域，涉及毫米波及太赫兹频段电真空器件，具体为一种多片叠加太赫兹高频互作用系统的加工方法；本发明将周期性慢波结构的单个周期分割为周期性耦合腔盘片和周期性间隙盘片，从而使得本发明能够采用分割‑组合式的加工方式，大大降低了工艺难度，给毫米波、亚毫米波、太赫兹辐射源器件的集成性和小型化带来优势；同时，本发明采用激光刻蚀的焊接方式进行加工，有效克服传统焊接方式的缺点，不仅不存在热传导所引起的热损伤的问题，而且能够获得精准尺寸和极高的光洁度。

技术领域

本发明属于微波电真空器件领域，涉及毫米波及太赫兹频段电真空器件，具体为一种多片叠加太赫兹高频互作用系统的加工方法。

背景技术

近年来备受人们关注的毫米波太赫兹由于其带宽宽、方向性好、空间和时间分辨率高等优点，在宽带通信、雷达系统、电子对抗、生物医学成像以及安全检查等诸多领域有着广泛的应用前景。把传统的微波管向毫米波段、亚毫米波段以及太赫兹频段拓展，至今仍是人们不断努力的方向，并取得了很大成就。与固态器件相比，基于真空电子学的毫米波、太赫兹器件在输出功率、工作带宽、电子效率等方面具有明显优势，在高频率电子装备等应用系统中具有不可替代性。在微细加工技术、阴极技术等新技术的推动下，太赫兹电真空器件已经成为最具发展前途的太赫兹辐射源之一。

电真空器件的高频互作用系统作为注波互作用的场所对整管的输出功率和效率起着决定性的影响。随着微波电真空器件的工作频率由微波频段拓展到毫米波和太赫兹频段，由于传统微波管的高频互作用系统尺寸与工作波长具有共度性，随着器件工作频率地不断提高，高频互作用系统的尺寸越来越小，关键尺寸将从毫米量级减小到微米量级，一方面使得电子注与高频场产生互作用的空间变得十分窄小，使得电子注的速度和密度调制不充分，管子的功率容量受到极大限制，对阴极和聚焦系统也提出了十分苛刻的要求，使得毫米波、太赫兹器件的研制成为制约系统发展的瓶颈之一；另一方面对零部件的加工和装配工艺提出了越来越高的要求，传统的机械加工技术很难完成太赫兹器件慢波结构的一次成型，为了提高真空电子器件的工作频率、输出功率，拓展真空电子器件的工作频带，就必须使用新材料、新结构、新工艺和新机制。

同时，随着微波电真空器件向着太赫兹频段发展，由于频率越高、波长越小，导致器件的尺寸也必须越来越小；而传统加工方式是以整体加工为主，太赫兹频段器件的尺寸小，结构复杂，存在镜像多孔等结构，整体加工的方法难度较大；特别是在二维方向实现三维耦合孔的加工，使得传统加工方式难度进一步增大；同时，由于传统加工方式大多采用的机械连接或电阻焊、熔融焊等焊接方式，属于“烧蚀”性的连接方式，加工过程会产生热传导，导致产生较大的热损伤而变形，也使得慢波结构周期性金属盘片表面损耗大、光洁度极低，进而影响太赫兹器件的质量。为了发展可集成的太赫兹频段高频互作用系统，提供一种新的加工方法。

发明内容

本发明的目的在于针对背景技术存在的不足，提供一种太赫兹高频系统的加工方法，使其能够解决毫米波太赫兹器件加工和表面光洁度上的一些问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种多片叠加太赫兹高频互作用系统的加工方法，其特征在于，所述多片叠加太赫兹高频互作用系统包括管体状外壳、设置于管体状外壳内侧的慢波结构、以及密封连接于管体状外壳外侧的信号输入组件与信号输出组件，其中所述慢波结构为由若干个周期依次连接构成的周期性耦合腔结构，每个周期由相互间隔设置的耦合腔盘片和间隙腔盘片构成；所述多片叠加太赫兹高频互作用系统的加工方法包括以下步骤：

步骤1.耦合腔盘片加工：采用金属片，利用电化学刻蚀、粒子束刻蚀、线切割或激光刻蚀等工艺于金属圆柱片上加工得到位于中心位置的电子注通道、以及围绕于电子注通道设置的耦合孔，形成耦合腔盘片；

步骤2.间隙腔盘片加工：采用与耦合腔盘片相同(尺寸、材料)的金属片，利用电化学刻蚀、粒子束刻蚀、线切割或激光刻蚀等工艺于金属圆柱片上加工得到直径大于耦合腔盘片上耦合孔外直径的通孔，形成间隙腔盘片；