[发明专利]基于受激放大相干SPR辐射的太赫兹辐射器

说明书

本发明实施例提供了一种基于受激放大相干Smith‑Purcell辐射的太赫兹辐射器，包括：电子发射源，用于发射电子束；泵浦源，用于发射泵浦信号，泵浦信号与一级光栅结构进行相互作用得到初步群聚电子；初步群聚电子与一级光栅结构进行相互作用产生相干Smith‑Purcell辐射；与泵浦信号在一级谐振腔结构内垂直谐振，使得电子群聚密度增大，进而使得相干Smith‑Purcell辐射增强；自由电子和相干Smith‑Purcell辐射形成正反馈过程，得到受激放大的相干Smith‑Purcell辐射和周期性群聚电子团。本发明实施例提供的太赫兹辐射器可以在小电流和大束斑的条件下实现受激放大现象。

技术领域

本发明涉及太赫兹辐射源领域，尤其涉及一种基于受激放大相干Smith-Purcell辐射的太赫兹辐射器。

背景技术

经过深入研究发现，现有的基于真空电子器件的太赫兹(THz-Terahertz)辐射源在实现高频THz辐射(大于0.3THz)时非常困难。尤其是要想实现受激Smith-Purcell辐射，电子枪需要满足极高的要求，电子枪的束流需要满足以下两个条件：首先是电子枪的束斑直径需要足够小，才能保证电子束和慢波结构之间的作用距离足够近，从而产生辐射场；其次电子束的电流强度需要足够大，才能满足电子受激辐射的增益条件。

当受激辐射的频率增大到0.3THz频段，为了使电子束和器件结构之间充分的相互作用，电子束斑需要缩小到10μm的量级，一般需要强磁场的聚焦。然而电子束斑尺寸缩小，电子之间的库伦排斥增强，此时电流强度难以保证大于受激辐射的电流阈值。以真空电子器件中的返波管为例，返波管通过自由电子和光栅相互作用产生返波模式，利用光栅表面的返波模式调制电子实现群聚，群聚电子进而增大辐射强度，实现受激辐射。但是由于电子束聚焦、电流强度以及电子束和光栅之间的作用距离等条件变得苛刻，随着频率的增大(大于0.3THz)，电子束和光栅之间利用返波调制电子进行受激放大的方案难以实现，即无法在小电流和大束斑的条件下实现受激放大现象。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明实施例提供一种基于受激放大相干Smith-Purcell辐射的太赫兹辐射器。

具体地，本发明实施例提供了以下方案：

本发明实施例提供一种基于受激放大相干Smith-Purcell辐射的太赫兹辐射器，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。