一种具有椭圆槽光栅结构的太兹波辐射源的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及真空电子学太赫兹技术领域，尤其涉及一种椭圆槽光栅结构Smith-Purcell效应THz波福射源。
【背景技术】
[0002]太赫兹(Terahertz，简称THz)波是介于远红外光波与微波毫米波之间的一种电磁辐射，其频率从10GHz到1THz (ITHz = 112Hz)，相应的波长从3毫米到30微米，THz波在电磁波频谱中占有很特殊的位置，其独特性能给通信、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学、医学成像、无损检测、安全检查等领域带来了深远影响。如今THz技术已经被用于材料、生命科学、通讯、农业及国家安全等研究中，形成了多个跨学科的研究领域。然而，一个亟待解决的问题是:如何得到一个高功率、紧凑可调的室温THz波辐射源？因为不管是从电学还是光学的角度，普通的光电子器件都在THz频率附近存在一个极限:电子器件难以高于这个THz频率，光学器件难以低于这个THz频率。因此寻求有效方法、探索新机理发展高性能的THz波辐射源是十分必要的，并且对促进THz波在军事和民用两方面的应用具有重要的战略意义。
[0003]目前可作为THz发射源的方法有多种，主要包括以下几类:半导体THz波辐射源(如THz-QCL等);基于光子学的THz发生器；利用自由电子的THz波辐射源(包括THz真空器件、电子回旋脉塞和自由电子激光);基于高能加速器的THz辐射源等。THz-QCL辐射源由于受到极低温度的限制成为其广泛应用的屏障，基于光子学的THz源输出的功率较低，而基于高能加速器的THz辐射源由于需要庞大的加速装置，其广泛应用包括在军事领域的应用也受到了极大的限制。在THz福射源中，基于Smith-Purcell (SP)效应的相干福射现象引起了科学家们的广泛研究兴趣及政府的高度关注，是目前国际上比较活跃的研究领域之一。其原理是利用电子注贴近光栅上表面运动时，产生毫米波远红外波段的辐射，辐射的频率随观察角度的变化而变化，称为SP效应。当连续电子注与光栅表面慢波互作用而群聚时，SP辐射就变成更强的相干辐射。基于此相干辐射的代表器件有SP效应自由电子激光器(free-electron lasers，简称FELs)。相对传统的FELs，SP-FELs具有紧凑、可调、大功率等优势，因此它成为真空电子学THz辐射源的一个热点研究领域。
[0004]1998年，Urata等人利用30_50keV的连续电子注驱动周期为0.17mm的光栅结构，通过注-波互作用使电子注群聚，在实验中观测到了 SP效应的超辐射现象，对发展新型的SP FELs具有重要的意义。实验中光栅结构采用矩形槽金属光栅，此结构色散很强且工作在返波状态时，需要较大的电流才能起振。2005年，MIT小组利用直线加速器产生能量为15MeV的预先群聚电子束团，以此来驱动周期为Icm的光栅，在90°方向上观察到了 THz波。实验中采用阶梯型光栅作为注-波互作用结构，优点是提高了效率，但是产生预先群聚的电子束团需要庞大的加速装置，限制了其广泛应用。
【发明内容】
[0005](一 )要解决的技术问题
[0006]鉴于上述技术问题，本发明提供了一种椭圆槽光栅结构Smith-Purcell效应THz波相干辐射源。
[0007]( 二)技术方案
[0008]根据本发明的一个方面，提供了一种具有椭圆槽光栅结构太赫兹波辐射源，其特征在于，包括:
[0009]电子枪阴极，该阴极用于发射一定速度的电子注；
[0010]电子注收集极，设置于所述电子枪阴极的正对位置，所述电子枪阴极和所述电子注收集极之间形成注-波互作用区；
[0011]椭圆槽光栅结构，其设置于所述注-波互作用区中；
[0012]电子注通道，沿电子注的出射方向设置于所述椭圆槽光栅结构上表面的中间位置，与所述椭圆槽垂直，且与所述电子枪阴极发射出的电子注平行；
[0013]平板，设置于所述椭圆槽光栅结构的正上方位置，与所述椭圆槽的开口平行；
[0014]其中，所述电子枪阴极发射的电子注经过所述电子注通道，与所述椭圆槽光栅结构相互作用产生群聚电子束团，进而产生基于相干Smith-Purcell效应的太赫兹波，所述太赫兹波通过所述平板进行能量汇集，实现功率放大和增长率提高，而经过互作用结构的电子注由所述电子注收集极收集。
[0015](三)有益效果
[0016]从上述技术方案可以看出，本发明椭圆槽光栅结构Smith-Purcell效应THz波福射源具有以下有益效果:
[0017](I)采用周期性椭圆槽光栅作为注-波互作用结构，既减弱了结构的色散同时又降低了返波工作时的起振电流，有利于电子注群聚和相干辐射的产生，从而有利于THz波辐射源的广泛应用；
[0018](2)通过将电子注通道部分嵌入光栅结构中，减小了电子注到光栅的距离，增强了注-波互作用，同时提高了 THz波辐射强度，有利于实现辐射源的高功率、小型化、紧凑化，降低了器件的研制成本；
[0019](3)通过位于光栅正上方的平板(金属板或介质板)将辐射到开放空间的能量汇集，有利于实现辐射的收集和输出。
【附图说明】
[0020]图1为本发明中具有椭圆槽光栅结构的太兹波辐射源三维结构示意图；
[0021]图2为本发明中具有椭圆槽光栅结构的太兹波辐射源整体结构示意图；
[0022]图3为本发明中电子注通道截面示意图。
[0023]【本发明主要元件符号说明】
[0024]1-电子枪阴极；2-电子注；
[0025]3-电子注收集极；4-椭圆槽光栅结构；
[0026]5-平板(金属板或介质板)；6-电子注通道。
【具体实施方式】
[0027]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0028]需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
[0029]本发明提供了一种椭圆槽光栅结构Smith-Purcell效应THz波福射源。该THz波辐射源采用周期性椭圆槽光栅结构，将电子