[发明专利]一种基于F-P腔加载的人工表面等离激元辐射器及控制方法

摘要

本发明公开了一种基于F‑P腔加载的人工表面等离激元辐射器及控制方法。本发明采用金属光栅和法布里‑珀罗F‑P腔，电子束在二者之间的空隙中穿过，在金属光栅的表面激发出SSP，通过SSP与自由电子束注‑波互作用实现SSP的放大，功率流到达F‑P腔的一个反射镜时，部分功率流会被反射回到F‑P腔中，继续注‑波互作用，剩余部分功率流从F‑P腔与金属光栅的空隙输出，通过再生放大机制，实现人工表面等离激元辐射器；在本发明中，F‑P腔有效地延长了互作用距离，能够在较短的互作用电路上获得较高的互作用效率，特别是电子束电流较弱的片上太赫兹源系统；本发明简单有效，不仅仅能够用于太赫兹器件中，也能够用于其他的基于自由电子束的真空电子器件中。

主权项

1.一种基于F‑P腔加载的人工表面等离激元辐射器，其特征在于，所述人工表面等离激元辐射器包括：金属光栅和法布里‑珀罗F‑P腔；其中，在金属光栅之上设置法布里‑珀罗F‑P腔；所述F‑P腔与金属光栅之间的空隙为g，小于SSP垂直于金属光栅方向的衰减距离，大于等于电子束的宽度；所述金属光栅的单位周期长度为p，金属宽度为a，槽深为h；法布里‑珀罗F‑P腔包括第一和第二反射镜，长度为Lc；电子束在F‑P腔与金属光栅之间的空隙中穿过，在金属光栅的表面激发出SSP，电子束的工作电压为U，电流为I；根据金属光栅的单位周期长度、金属宽度和槽深，得到金属光栅的色散线，并得到色散线的中点对应的波失和频率，位于色散线的中点以前的区域为前向波区，位于色散线的中点以后的区域为返向波区；根据电子束的工作电压得到电子束的色散线；电子束的色散线与金属光栅的色散线的交点为互作用点，互作用点所对应的频率即为SSP的频率；通过调节电子束的工作电压，调节电子束的色散线的斜率，从而调整电子束的色散线与金属光栅的色散线的交点，调整互作用点位于前向波区或者返向波区，如果互作用点在前向波区，SSP处于前向波模式时，电子束与SSP满足互作用条件，如果互作用点在返向波区，SSP处于返向波模式时，电子束与SSP满足互作用条件；电子束以第一方向，从第一反射镜端在F‑P腔与金属光栅之间的空隙中穿过，在金属光栅的表面激发出SSP；当调节电子束的工作电压使得互作用点位于返向波区时，此时SSP的功率流与SSP的传播方向相反以第二方向传播，SSP处于返向波模式，SSP与电子束进行注‑波互作用，在功率流传播的过程中功率流不断的增加，当功率流传播到第一反射镜时，受到第一反射镜的反射之后继续以第一方向传播，此时功率流的方向反向，SSP处于前向波模式，由于在前向波模式中电子束与SSP不满足互作用条件，因此功率流的幅值相对稳定，当功率流到达第二反射镜时，部分功率流会被反射回到F‑P腔中，重新参与下一轮的注‑波互作用，剩余部分功率流从F‑P腔与金属光栅的空隙输出，在第二反射镜产生一个太赫兹脉冲包络，这样一次来往的反射过程为一个回合，功率流在F‑P腔中经历相同的多次来回反射过程，每当功率流到达第二反射镜时，都会产生一个脉冲，这些输出的脉冲形成一个脉冲序列；当调节电子束的工作电压使得互作用点位于前向波区时，此时SSP的功率流与SSP的传播方向相同以第一方向传播，SSP为前向波模式，SSP与电子束进行注‑波互作用，在功率流传播的过程中功率流不断的增加，当功率流传播到第二反射镜时，部分功率流会被反射回到F‑P腔中，重新参与下一轮的注‑波互作用，剩余部分功率流从F‑P腔与金属光栅的空隙输出，在第二反射镜产生一个太赫兹脉冲包络，反射回F‑P腔的功率流继续以第二方向传播，此时功率流的方向反向，SSP处于返向波模式，由于在返向波模式中电子束与SSP不满足互作用条件，因此功率流的幅值相对稳定，当功率流到达第一反射镜时，被反射以第一方向传播，这样一次来往的反射过程为一个回合，功率流在F‑P腔中经历相同的多次来回反射过程，每当功率流到达第一反射镜时，都会产生一个脉冲，这些输出的脉冲形成一个脉冲序列；脉冲序列的周期由工作电压与F‑P腔的长度调节；从而通过SSP与电子束注‑波互作用获得SSP的放大的再生放大机制，实现人工表面等离激元辐射器。