[发明专利]一种超材料太赫兹振荡器及其控制方法

摘要

本发明公开了一种超材料太赫兹振荡器及其控制方法。本发明的超材料结构包括周期性的亚波长的金属缝阵列；超材料太赫兹振荡器包括超材料结构、电子枪、漂移腔、能量提取结构、收集极和磁聚焦系统；本发明的整个装置的结构尺寸较小，具有紧凑型的优势；另外，能量提取更加便捷；并且采用电介质填充超材料结构，能进一步增大超材料结构的等效折射率；能够根据超材料结构的参数设计在任意太赫兹频率获得任意值的等效折射率，这为器件的低电压工作提供了极大地便利；再者，在超材料结构上表面和下表面同时发射电子束，能够进一步提高互作用效率和输出功率；同时，本发明的超材料太赫兹振荡器也具有低损耗的特点。

主权项

一种超材料太赫兹振荡器，其特征在于，所述超材料太赫兹振荡器包括：超材料结构、电子枪、漂移腔、能量提取结构、收集极和磁聚焦系统；其中，所述超材料结构作为互作用结构，采用周期性的亚波长的金属缝阵列；在超材料结构的一端设置电子枪，发射电子束沿着超材料结构的表面传播，在超材料结构的末端的表面对着电子束的路径设置依次连接的漂移腔、能量提取结构和收集极，漂移腔为矩形波导，能量提取结构为一个输出腔；在超材料结构和漂移腔段之外设置磁聚焦系统；电子枪发射均匀电子束，电子束沿着超材料结构的表面沿z轴传播，感应出SSP模式的电磁场；在满足电子束与超材料结构表面SSP模式色散相匹配时，感应出的SSP模式的轴向电场反过来与电子束相互作用，使得电子束发生速度调制，进入漂移腔；漂移腔引导经过速度调制的电子束进一步形成密度调制，进而使得均匀发射的电子束形成密度调制，进入能量提取装置；能量提取装置作为一个输出腔，感应经过密度调制的电子束产生电场，将超材料太赫兹振荡器产生的SSP模式电磁波输出；经过漂移腔和能量提取装置之后的电子束被设置在最末端的收集极所收集；在超材料结构和漂移腔段之外设置的磁聚焦系统，使得电子束不会发生离散，从而使得电子束与SSP模式相互作用能持续和有效地进行；在超材料结构的上表面和下表面同时设置电子枪发射电子束，在超材料结构末端的上表面和下表面正对着的电子束的路径，分别对称设置漂移腔、能量提取装置、磁聚焦系统和收集极；所述超材料结构包括周期性的亚波长的金属缝阵列，金属缝沿z轴排列，在y轴方向的厚度远大于xz平面的尺度，所激发的类表面等离子体激元SSP模式在y轴厚度方向的电磁场分布均匀。