注通道部分嵌入光栅中，电子注通过电子注通道，与光栅的表面慢波相互作用产生位于THz频段的SP辐射，并通过平板(金属或介质)将辐射到开放空间的能量汇集，在光栅结构末端通过耦合结构实现输出。该结构减弱了色散并实现了频率可调与能量汇集。
[0030]在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种椭圆槽光栅结构Smith-Purcell效应THz波辐射源。图1为根据本发明实施例THz波辐射源的结构示意图。请参照图1，本实施例椭圆槽光栅结构Smith-Purcell效应THz波福射源包括:电子枪阴极1、电子注2、电子注收集极3、椭圆槽光栅结构4、平板(金属或介质板)5以及椭圆形电子注通道6。
[0031]以下分别对本实施例椭圆槽光栅结构Smith-Purcell效应THz波福射源的各个组成部分进行详细说明。
[0032]所述电子枪阴极I用于发射一定电压的电子注2。其中，电子枪阴极可以是由带状注、圆形及椭圆形等任意一种形状构成。与其相对应的，电子注形状也可以是带状(即平面状)、圆形及椭圆形等任意一种形状。
[0033]所述电子注收集极5，设置于电子枪阴极I的正对位置，用于收集与所述椭圆槽光栅结构4表面发生互作用后的电子注，电子枪阴极和电子注收集极之间形成注-波互作用区。
[0034]所述椭圆槽光栅结构4，设置于注-波互作用区中，其为周期性光栅结构，且光栅槽是为椭圆形的椭圆槽。其中，椭圆槽可以是真空槽及填充一定介电常数的介质槽，此结构可以减弱色散的影响，当工作在返波状态时，可以有效降低结构的起振电流。所述椭圆槽光栅结构为周期性结构，其采用金属制成。
[0035]所述电子注通道6，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(即)，与椭圆槽垂直，与电子枪阴极发射出的电子注平行。所述电子注通道6部分嵌入所述椭圆槽光栅结构中。其中，与电子注形状相对应的，电子注通道形状也可以是带状、圆形及椭圆形等任意一种形状，用于电子注的传输。
[0036]所述平板5，设置于光栅结构的正上方位置，与椭圆槽平行。其中，平板可以是金属板或具有一定介电常数的介质板，用于使辐射到开放空间的能量汇集。
[0037]所述电子枪阴极I发射的电子注经过电子注通道6，与椭圆槽光栅结构4相互作用产生群聚电子束团，群聚的电子束团激发Smith-Purcell效应的THz波，THz波通过所述平板5汇集，实现功率放大和增长率提高，并且通过末端的耦合结构实现太赫兹波输出，经过互作用后的电子注由收集极收集。
[0038]需要说明的是:通过调节外部加载在电子枪阴极I上的工作电压，可以实现此结构工作在行波段或返波段。辐射的频率随着观察角度的不同而不同，实现本实施例THz波辐射源的频率可调。
[0039]本实施例椭圆槽光栅结构Smith-Purcell效应THz波辐射源不仅实现了 THz信号的产生，而且还通过椭圆槽实现了注-波互作用的增强，从而缩短了电子注群聚所需的距离，降低了电子光学系统的研制难度。
[0040]此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构或形状，本领域的普通技术人员可对其进行简单地熟知地替换。
[0041]综上所述，本发明提供一种椭圆槽光栅结构Smith-Purcell效应THz波福射源。该THz波辐射源采用椭圆槽光栅作为互作用结构，通过将电子注通道部分嵌入光栅中实现注-波互作用的增强及周期性电子束团的产生，从而产生相干的THz波辐射源，既实现了THz波产生同时又实现THz波频率可调，有利于THz波辐射源的广泛应用。
[0042]上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种具有椭圆槽光栅结构太赫兹波辐射源，其特征在于，包括: 电子枪阴极，该阴极用于发射一定速度的电子注； 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； 椭圆槽光栅结构，其设置于所述注-波互作用区中； 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； 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； 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。2.根据权利要求1所述的具有椭圆槽光栅结构的太赫兹波辐射源，其特征在于，所述的椭圆槽光栅结构为周期性结构。3.根据权利要求1所述的具有椭圆槽光栅结构的太赫兹波辐射源，其特征在于，所述椭圆槽光栅结构由金属制成。4.根据权利要求1所述的具有椭圆槽光栅结构的太赫兹波辐射源，其特征在于，所述椭圆槽光栅结构的椭圆槽为真空槽或填充有一定介电常数的介质槽。5.根据权利要求1所述的具有椭圆槽光栅结构的太赫兹波辐射源，其特征在于，所述平板为金属板或具有一定介电常数的介质板。6.根据权利要求1所述的具有椭圆槽光栅结构的太赫兹波辐射源，其特征在于，所述电子枪阴极的形状为以下形状中的任意一种:带状、圆形或椭圆形。7.根据权利要求1所述的椭圆槽光栅结构Smith-Purcell效应THz波福射源，其特征在于，所述电子注通道形状为以下形状中的任意一种:矩形、圆形或椭圆形。8.根据权利要求1所述的电子注通道，其特征在于，所述电子注通道的一部分嵌入所述椭圆槽光栅结构中。
【专利摘要】本发明提供了一种具有椭圆槽光栅结构的太兹波辐射源。该辐射源采用具有周期性的椭圆槽光栅作为注-波互作用结构。当电子注以一定速度经过该结构时，电子注与表面慢波相互作用而群聚，产生电子束团，进而激励起Smith-Purcell相干辐射，辐射通过平板或者曲面镜(金属或介质)汇集，产生可调、紧凑、大功率的THz波，从而有利于THz波辐射源在通信、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学、医学成像、无损检测、安全检查等方面的应用。
【IPC分类】H01S1/00
【公开号】CN105207042
【申请号】CN201510621672
【发明人】刘文鑫, 张兆传, 曹苗苗, 赵超, 郭鑫
【申请人】中国科学院电子学研究所
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月25日