[发明专利]基于受激放大相干SPR辐射的太赫兹辐射器

权利要求书

1.一种基于受激放大相干Smith-Purcell辐射的太赫兹辐射器，其特征在于，包括：电子发射源、泵浦源、一级谐振腔结构和一级光栅结构；其中，所述一级光栅结构位于所述一级谐振腔结构内部；

所述电子发射源，位于所述一级谐振腔结构的轴向入口位置，用于发射电子束，所述电子束沿所述一级谐振腔结构的轴向入射至所述一级谐振腔结构中后沿所述一级光栅结构的表面飞行；

所述泵浦源，位于所述一级谐振腔结构的侧壁入口位置，用于发射泵浦信号，所述泵浦信号入射至所述一级谐振腔结构中后在所述一级光栅结构的表面与所述一级光栅结构进行相互作用产生周期性电磁场，所述周期性电磁场使得沿所述一级光栅结构的表面飞行的电子进行初步群聚，得到初步群聚电子；其中，所述泵浦源的频率处于所述一级谐振腔结构的垂直谐振模式；

所述初步群聚电子与所述一级光栅结构进行相互作用产生相干Smith-Purcell辐射；

所述相干Smith-Purcell辐射与所述泵浦信号在所述一级谐振腔结构内垂直谐振，一起对所述一级谐振腔结构内的电子能量进行调制，使得电子群聚密度增大，进而使得所述相干Smith-Purcell辐射增强；

在所述一级谐振腔结构内，自由电子和相干Smith-Purcell辐射之间能量交互形成正反馈过程，得到受激放大的相干Smith-Purcell辐射和周期性群聚电子团。

2.根据权利要求1所述的基于受激放大相干Smith-Purcell辐射的太赫兹辐射器，其特征在于，还包括：二级谐振腔结构和二级光栅结构；所述二级谐振腔结构的电子束输入端与所述一级谐振腔结构的电子束输出端连接；所述二级光栅结构位于所述二级谐振腔结构内部，且所述二级光栅结构的周期小于所述一级光栅结构的周期；

所述一级谐振腔结构输出的周期性群聚电子团进入所述二级谐振腔结构后，在所述二级光栅结构的表面与所述二级光栅结构进行相互作用产生预设倍频阶数的高阶倍频相干Smith-Purcell辐射；

其中，所述倍频阶数为所述高阶倍频相干Smith-Purcell辐射相对于所述泵浦源的倍频阶数。

3.根据权利要求2所述的基于受激放大相干Smith-Purcell辐射的太赫兹辐射器，其特征在于，电子群聚包括：初步群聚、最佳群聚和过度群聚三种状态；相应地，所述二级谐振腔结构和所述二级光栅结构设置在电子处于最佳群聚状态的位置。

4.根据权利要求2所述的基于受激放大相干Smith-Purcell辐射的太赫兹辐射器，其特征在于，二级光栅结构的周期与倍频阶数满足第一关系模型，所述第一关系模型为：

其中，L₂表示二级光栅结构的周期，m表示Smith-Purcell辐射的阶次，c表示真空光速，v表示电子速度，θ表示辐射角度，n表示倍频阶数，n为大于或等于1的正整数，f_p表示泵浦源的泵浦频率。

5.根据权利要求2所述的基于受激放大相干Smith-Purcell辐射的太赫兹辐射器，其特征在于，所述泵浦源为第一太赫兹信号，所述二级谐振腔结构输出第二太赫兹信号，所述第二太赫兹信号的频率高于第一太赫兹信号。

6.根据权利要求2所述的基于受激放大相干Smith-Purcell辐射的太赫兹辐射器，其特征在于，所述泵浦源为微波信号，所述二级谐振腔结构输出太赫兹信号。

7.根据权利要求1所述的基于受激放大相干Smith-Purcell辐射的太赫兹辐射器，其特征在于，电子速度v，一级光栅结构的周期L₁和泵浦源的泵浦频率f_p满足第二关系模型，所述第二关系模型为：f_p＝v/L₁。

8.根据权利要求1所述的基于受激放大相干Smith-Purcell辐射的太赫兹辐射器，其特征在于，所述电子束的能量为10～30keV，所述电子束的电流大小为10～50mA，束斑直径为100～120μm。