[发明专利]基于突变拓扑态的高功率辐射源设计方法

摘要

基于突变拓扑态的高功率辐射源设计方法，通过频率设计不同介电常数的材料组分及厚度，在材料的拓扑态突变点来设计器件输出辐射特性，具体步骤：S1、设计一种支持突变拓扑态的辐射器件结构，分为石墨烯层/氮化硼层/金属铝层三层，其中石墨烯层在极紫外为介质特性，金属铝层实现金属特性；S2、辐射器件结构的厚度设计；S3、辐射场强及电子飞行距离设计，拓扑态突变点的切伦科夫辐射波矢方向沿传播方向，将电磁波的能流方向与波矢方向垂直，实现电子能量最大化提取。本发明利用材料拓扑态突变来实现高功率微波辐射；在利用低电子能量实现辐射的基础上，实现可调窄带高功率输出，从而形成高功率中心频率可调辐射芯片设计及研制。

主权项

1.基于突变拓扑态的高功率辐射源设计方法，其特征在于，通过频率设计不同介电常数的材料组分及厚度实现色散曲线由“椭圆曲线型”转变为“双曲线型”的拓扑态发生突变的状态，在材料的拓扑态突变点来设计器件输出辐射特性，具体包括如下步骤：S1、设计一种支持突变拓扑态的辐射器件结构，该辐射器件结构分为石墨烯层/氮化硼层/金属铝层三层，其中石墨烯层在极紫外为介质特性，金属铝层实现金属特性；S2、辐射器件结构的厚度设计，石墨烯层的层数、氮化硼层与金属铝层的厚度依据公式(1)、(2)进行确定：εy＝εz＝mεg+nεd+(1‑m‑n)εm      (2)其中εg为石墨烯介电常数，εd为氮化硼介电常数，εm为金属介电常数，m、n分别为石墨烯层和氮化硼层所占厚度比例，εx、εy、εz分别为辐射器件结构在X、Y、Z方向上的等效介电常数，在公式(1)、(2)基础上设计计算等效介电常数εx、εy、εz；S3、辐射场强及电子飞行距离设计，拓扑态突变点的切伦科夫辐射波矢方向沿传播方向，将电磁波的能流方向与波矢方向垂直，实现电子能量最大化提取，同时耦合到媒质中的电磁能量以最低损耗辐射至结构体外。