[发明专利]一种介质-金属太赫兹慢波结构

说明书

本发明涉及太赫兹波技术领域，公开了一种新型介质‑金属太赫兹慢波结构，包括至少一个用于定向引导电磁波的波导，所述电磁波在所述波导上的电子注通道定向流动，所述电子注通道的两侧外壁覆盖有绝缘介质层，通过所述绝缘介质层降低所述电磁波的相速度。本发明利用在太赫兹频段低损耗系数的高密度聚乙烯附着在矩形交错栅慢波结构的矩形栅上实现降低慢波结构中电磁波相速和提高太赫兹频段耦合阻抗的目的，电子注通道上下的金属栅呈交错分布，在矩形金属栅栅顶覆盖石墨烯防止电子在介质中聚集，避免介质被击穿。

技术领域

本发明涉及太赫兹波技术领域，具体涉及一种介质-金属太赫兹慢波结构。

背景技术

太赫兹（Terahertz，THz）波通常是指频率在 0.1-10THz 范围内的电磁波，太赫兹波段的低频区与毫米波相连，高频区则与红外波相连。发展太赫兹技术，首要任务是解决太赫兹波源的问题。目前能产生太赫兹波波源有三种，分别是半导体激光器、光子学辐射激光器和真空电子器件三类。其中半导体激光器和光子学辐射激光器的输出功率只能达到微瓦量级和毫瓦量级，输出功率低，无法达到太赫兹系统的实用要求，大功率输出的太赫兹波源是实现太赫兹各种技术普及的迫切需求。真空电子器件是一个庞大的家族，在众多电真空器件中，行波管以工作频带宽，单管增益高，非线性性能优良、电子效率高等优点在电真空家族中占有非常重要的地位。因此，发展新的行波管具有重大的现实意义与经济价值。但是大多数传统行波管如折叠波导行波管、正弦波导行波管、交错双栅行波管，它们的导波结构均为全金属，随着工作频率的升高，且慢波结构金属表面粗糙度与太赫兹波段的趋肤深度比较接近，这会使靠近金属栅处的电场急剧衰减，从而导致慢波结构的耦合阻抗降低，达不到行波管的增益需求。所以发展高模式质量且能够工作在太赫兹频段的慢波结构是解决太赫兹技术应用中各种问题的关键。

发明内容

本发明提供一种介质-金属太赫兹慢波结构，解决了提高了耦合阻抗。

本发明通过下述技术方案实现：

一种介质-金属太赫兹慢波结构，包括至少一个用于定向引导电磁波的波导，所述电磁波在所述波导上的电子注通道定向流动，所述电子注通道的两侧外壁覆盖有绝缘介质层，通过所述绝缘介质层降低所述电磁波的相速度。

本技术方案中，由于介质为不导电材料，在电子注通道的两侧外壁覆盖一层介质能够有效降低电磁波的相速度，从而达到平稳和降低归一化相速曲线的目的。 同时，电磁波经过介质和金属的两次折射和反射，与电子注通道中的电磁波耦合，会增强电子注通道中的电场强度，从而提高了耦合阻抗。

作为优化，所述电磁波为太赫兹波。

作为优化，所述绝缘介质层的材料包括但不限于为聚乙烯。

作为优化，所述波导为矩形波导。

作为优化，所述矩形波导包括依次交错设置的若干上矩形栅和若干下矩形栅，所述上矩形栅和下矩形栅之间设有间隙，所述间隙为所述电磁波定向流动的电子注通道。

作为优化，所述电子注通道为真空通道。

作为优化，所述绝缘介质层设置在所述上矩形栅和下矩形栅的侧壁、上矩形栅的底壁以及下矩形栅的顶壁上。

作为优化，设置在所述上矩形栅的底壁以及下矩形栅的顶壁的绝缘介质层和所述电子注通道之间设有易导电材质。

作为优化，所述易导电材质包括但不限于为石墨烯。

作为优化，设置在所述上矩形栅和下矩形栅的侧壁、上矩形栅的底壁以及下矩形栅的顶壁上的所述绝缘介质层的厚度相同。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：