[发明专利]一种实现圆柱光栅相干史密斯-帕塞尔辐射增强的方法

说明书

本发明公开了一种实现圆柱光栅相干史密斯‑帕塞尔辐射增强的方法，史密斯‑帕塞尔辐射是一种非相干的自发辐射，辐射的功率很低，不易检测和应用，为实现高强度的史密斯‑帕塞尔辐射，本发明提出基于准连续域束缚态的增强方法。首先，利用电子枪产生电子团串；然后，使电子团串通过圆柱金属光栅的表面，将电子团串的重复频率作为准连续域束缚态的谐振频率，实现相干的史密斯‑帕塞尔超辐射的增强，电子最后进入收集极。本发明所提出的圆柱光栅相干史密斯‑帕塞尔辐射增强方法操作简单，效果明显，具有易集成、造价低等特点。

技术领域

本发明具体涉及一种实现圆柱光栅相干史密斯-帕塞尔辐射增强的方法，属于

背景技术

太赫兹波是指频率在0.1至10THz(波长为30um至3mm)范围内的电磁波，位于微波和红外辐射之间，具有许多不同与其他电磁波的独特性质，如强穿透性、低电子能量等。随着科学技术的发展，利用这些独特优势，太赫兹技术在无线通信、军事雷达等多个重要领域展露出广阔的应用前景，给技术创新国家改革带来深远影响。太赫兹辐射源是推动太赫兹技术发展的关键，然而，在研究中主要面临的问题是缺少紧凑、可调、高功率的太赫兹辐射源，限制了太赫兹波的实际应用。目前，太赫兹源主要基于电子学和光子学技术实现，其中，基于史密斯-帕塞尔效应的真空电子器件非常具有发展前景。史密斯-帕塞尔辐射是一种非相干的自发辐射，辐射功率比较低，不易检测和应用，这极大的限制了史密斯-帕塞尔辐射源在太赫兹科学技术中的应用。

发明内容

技术问题：针对上述现有技术，提出一种实现圆柱光栅相干史密斯-帕塞尔辐射增强的方法，解决非相干史密斯-帕塞尔辐射功率低的问题，实现高强度的相干史密斯-帕塞尔超辐射，以提供一种结构简单、高效率的史密斯-帕塞尔辐射源。

技术方案：本发明是一种实现圆柱光栅相干史密斯-帕塞尔辐射增强的方法，该方法基于包括阴极、圆柱金属光栅、收集极构成的结构；所述阴极与收集极相对放置于同一水平面，圆柱金属光栅放置于阴极与收集极之间，高度低于阴极；

所述阴极产生环形周期电子团串，环形周期电子团串从圆柱金属光栅上方掠过，最终进入收集极；所述圆柱金属光栅产生谐振频率与环形周期电子团串重复频率一致的准连续域束缚态，实现相干史密斯-帕塞尔超辐射的增强。

所述圆柱金属光栅由环形周期电子团串驱动，通过超辐射效应产生相干的史密斯-帕塞尔辐射。

所述相干史密斯-帕塞尔超辐射的增强，是利用阴极生成环形周期电子团串，使其通过圆柱金属光栅的表面，产生相干的史密斯-帕塞尔超辐射；利用圆柱金属光栅产生准连续域束缚态、连续域束缚态，其中准连续域束缚态连续域束缚态谐振频率与周期电子团串频率一致，最终实现相干史密斯-帕塞尔超辐射的增强。

所述的增强方法主要包括以下步骤：

步骤1.电子枪即阴极产生电子束：电子枪产生、加速及聚焦高能密度电子束，所产生的电子束可控，具有一定能量、束流、速度以及角度；

步骤2.基于超辐射：连续电子束驱动圆柱金属光栅,进一步形成电子团串，产生超辐射效应，该效应是一种相干辐射，在固定频率处具有高功率输出，远远大于普通非相干史密斯-帕塞尔辐射的输出功率；

步骤3.准连续域束缚态增强史密斯-帕塞尔辐射：在圆柱金属光栅的史密斯-帕塞尔辐射中存在连续域束缚态连续域束缚态，连续域束缚态连续域束缚态附近的高Q谐振为准连续域束缚态连续域束缚态，准连续域束缚态连续域束缚态会对外辐射能量，从而为相干的史密斯-帕塞尔超辐射提供一个增强机制；

步骤4.产生高效相干史密斯-帕塞尔辐射：利用周期电子团串驱动支持准连续域束缚态的圆柱金属光栅，使圆柱金属光栅的准连续域束缚态谐振频率与周期电子团串的重复频率匹配，实现高强度的相干史密斯-帕塞尔超辐射；所述匹配是指圆柱金属光栅的准连续域束缚态谐振频率与周期电子团串的重复频率或其高次谐波一致，利用准连续域束缚态增强周期电子团串的重复频率或其高次谐波上的史密斯-帕塞尔超辐射强度。