一种超材料太赫兹振荡器及其控制方法与流程

技术特征：

1.一种超材料结构，其特征在于，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，因此不考虑厚度方向，金属缝阵列为矩形平面结构；通过调节金属缝阵列的结构参数改变超材料结构的等效折射系数。

2.如权利要求1所述的超材料结构，其特征在于，所述结构参数包括金属缝的深度H、金属缝阵列的排列周期P和缝隙的宽度W；其中，0<H<300μm，0<P<300μm，0<W<P。

3.如权利要求1所述的超材料结构，其特征在于，所述金属缝的厚度d≥10λ，λ为超材料结构所激发的SSP模式截止频率所对应的波长。

4.如权利要求1所述的超材料结构，其特征在于，进一步，在金属缝阵列的缝隙之间填充电介质。

5.一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。

6.如权利要求5所述的超材料太赫兹振荡器，其特征在于，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。

7.如权利要求5所述的超材料太赫兹振荡器，其特征在于，所述漂移腔和能量提取装置分别为一个单独的装置，或者漂移腔和能量提取装置合并为一个整体，或者漂移腔设置为矩形波导和另一段超材料结构的级联腔，从而与能量提取装置形成矩形波导-超材料结构-能量提取装置三段式的互作用结构。

8.如权利要求5所述的超材料太赫兹振荡器，其特征在于，所述电子束激发两种不同的SSP模式，包括对称的SSP模式和反对称的SSP模式；所激发的SSP模式的截止等离子体频率f_c由金属缝阵列的深度H决定；对于对称的SSP模式，截止等离子体频率为f_c＝c/H，c是真空中的光速，对于反对称的SSP模式，截止等离子体频率为f_c＝2c/H；若在金属缝阵列之间填充介电常数为ε的电介质，则对称的SSP模式的截止等离子体频率为反对称的SSP模式的截止等离子体频率为

9.如权利要求8所述的超材料太赫兹振荡器，其特征在于，在超材料结构上所激发的对称和反对称的SSP基波模式的截止传播波矢kzc由金属缝阵列的周期决定，即kzc＝2π/P。

10.一种超材料太赫兹振荡器的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

1)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；

2)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；

3)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；

4)密度调制后的电子束进入能量提取装置，能量提取装置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太赫兹波输出进入其他应用系统；

5)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；

6)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。