子注也为水平并列排布。第一段和第二段双电子注电子枪的双电子注的传播方向相互平行。第一段和第二段双电子注电子枪的双电子注电压都相同，它们的电压取值介于10kV-25kV之间。其中，双电子注电子枪可以是由圆形、椭圆形、带状注及碳纳米管阵列阴极等任意一种阴极形状构成的双阴极电子枪。
[0043]所述磁场产生部件包括第一磁场产生部件207和第二磁场产生部件217，分别设置于第一段注-波互作用区和第二段注-波互作用区的两侧，用于产生垂直于所述第一段双电子注和第二段双电子注传输方向的磁场；所述磁场产生部件为以下形式的其中一种:永磁体、周期性永磁聚焦系统、电磁聚焦系统和静电聚焦系统。本实施例中，第一和第二磁场产生部件207和217优选为圆形永磁体，设置于第一段注-波互作用区和第二段注-波互作用区的两侧，其产生垂直于电子注传输方向的磁场。
[0044]在该磁场引导下，由第一段双电子注电子枪的两个阴极发射的双电子注214和215，与输入的太赫兹波在第一段高频结构212内相互作用，而后被第一段电子注收集极收集；由第二段的两个阴极204和205发射的双电子注208和209，在第二段高频结构211内与太赫兹波发生互作用，而后被第二段电子注收集极210收集。
[0045]此外，本发明中，磁场产生部件还可以采用周期性永磁聚焦系统、电磁聚焦系统及静电聚焦系统等形式。
[0046]所述级联高频结构包括第一段高频结构212和第二段高频结构211 ;所述第一段高频结构212的输出口通过级联结构连接至第二段高频结构211的输入口，所述级联结构为:直接连接结构、渐变状结构或阶梯状结构。
[0047]第一段高频结构212为周期性结构，位于第一段双电子注电子枪的两个阴极201、202和第一段电子注收集极213之间的第一段注-波互作用区。在第一段高频结构212内，输入的太赫兹波与第一段双电子注电子枪的两个阴极产生的双电子注214、215相互作用，太赫兹波得到功率放大和频率展宽，第一段注-波互作用后的双电子注214、215被第一段电子注收集极213俘获。
[0048]第一段高频结构212包括两段结构，其输入口接收输入太赫兹信号，输出口连接至第二段高频接口 211，其中:第一段为群聚段，在输入的太赫兹信号的作用下，用于对从第一段双电子注阴极201、202产生的双电子注214、215进行群聚产生群聚电子束团，第二段为互作用段，所述太赫兹波通过其与产生的群聚电子束团相互作用，使得太赫兹波功率放大和频率展宽，放大后的太赫兹波输出到第二段高频结构211。
[0049]第一段高频结构212中的第一段和第二段高频结构为折叠波导慢波结构，也可以为周期性光栅、耦合腔、螺旋线等。
[0050]第二段高频结构211为周期性结构，位于第二段的两个阴极204、205和第二段电子注收集极210之间的第二段注-波互作用区。在第二段高频结构211内，输入的太赫兹波与第二段的双电子注208、209相互作用，太赫兹波进一步得到功率放大和频率展宽，第二段注-波互作用后的双电子注208、209被第二段电子注收集极210俘获。
[0051]第二段高频结构211包括两段结构，其输入口连接至第一段高频结构212，输出口用于输出太赫兹信号，其中:第一段为群聚段，在输入的太赫兹信号的作用下，用于对从第二段双电子注阴极204、205产生的双电子注208、209进行群聚产生群聚电子束团，第二段为互作用段，所述太赫兹波与群聚电子束团在第二段高频结构211的第二段内相互作用，使得太赫兹波进一步功率放大和频率展宽，太赫兹信号从波出口输出。
[0052]第二段注-波互作用的高频结构211中的第一段和第二段高频结构为折叠波导慢波结构，也可以为周期性光栅、耦合腔、螺旋线等。所述第二段高频结构采取以下方式其中之一输出:均匀输出、渐变结构输出或者天线输出。
[0053]第一段高频结构211和第二段高频结构212之间通过直波导段连接，所述直波导段上填充衰减材料，对群聚段的太赫兹波功率进行吸收，同时防止末端反射波进入到群聚段导致返波振荡。
[0054]图3为本发明实施例中的TE2。模双电子注折叠波导的色散曲线图。由图3可以看出，在该器件中实现了在折叠波导中引入双电子注，并输入高次模式TE2。模，实现放大输出。
[0055]本实施例级联过模折叠波导行波放大器的双电子注太赫兹辐射源实现了大功率、宽频带太赫兹信号的输出，而且便于加工，从而有利于实现微型太赫兹真空电子器件的紧凑化和集成化，并且，通过级联高频结构，缩短了注-波互作用距离，降低了电子光学系统的研制难度，减轻了磁场重量。
[0056]至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明太赫兹波辐射源有了清楚的认识。
[0057]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。
[0058]综上所述，本发明提供一种级联过模折叠波导行波放大器的双电子注太赫兹辐射源。该太赫兹波辐射源采用双电子注驱动，输入高次模式TE2。模进行互作用，并且采用级联放大器的形式，使太赫兹波进一步被放大。在同一个太赫兹源中，实现了大功率、宽频带太赫兹信号的输出，且便于加工，有利于太赫兹波辐射源在抗干扰、有害物质检测、超宽带雷达远距离探测和高分辨率成像雷达等方面的应用。
[0059]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种级联过模结构的双电子注太赫兹辐射源，其特征在于，包括: 双电子注电子枪，包括:第一段双电子注电子枪和第二段双电子注电子枪，分别产生第一双电子注和第二双电子注；所述第一段双电子注电子枪包括:第一段第一阴极、第一段第二阴极、第一段电子注收集极，所述第一段电子注收集极正对所述第一段第一阴极和第一段第二阴极设置，形成第一段注-波互作用区；所述第二段双电子注电子枪包括:第二段第一阴极、第二段第二阴极、第二段电子注收集极；所述第二段电子注收集极正对第二段第一阴极和第二阴极设置，形成第二段注-波互作用区；其中，所述第一段注-波互作用区和第二段注-波互作用区并排设置； 磁场产生部件，包括:第一磁场产生部件和第二磁场产生部件，设置于并排设置的第一段注-波互作用区和第二段注-波互作用区的两侧，用于产生垂直于电子注传输方向的磁场； 级联高频结构，包括:第一段高频结构和第二段高频结构，分别位于所述第一段注-波互作用区和第二段注-波互作用区；输入的太赫兹信号在所述磁场产生部件产生的磁场作用下，在所述第一段高频结构内与所述第一双电子注相互作用，作用后的太赫兹信号输出至第二段高频结构；输入至第二段高频结构的太赫兹信号在所述磁场的作用下，与所述第二双电子注相互作用后，从第二段高频结构输出。2.根据权利要求1所述的双电子注太赫兹辐射源，其特征在于，所述第一段高频结构的输出口通过级联结构连接至第二段高频结构，所述级联结构为:直接连接结构、渐变状结构或阶梯状结构。3.根据权利要求1所述的双电子注太赫兹辐射源，其特征在于，所述第一段高频结构包括:群聚段和互作用段；在太赫兹波的作用下，所述群聚段用于对第一双电子注进行群聚产生群聚电子束团；所述群聚电子束团在互作用段内与所述太赫兹波相互作用，对所述太赫兹波进行功率放大后输出。4.根据权利要求3所述的双电子注太赫兹辐射源，其特征在于: 所述第一高频结构通过直波导段连接至第二高频结构，所述直波导段填充有衰减材料，用于对群聚段的太赫兹波功率进行吸收，同时防止末端反射波进入到群聚段导致群聚紊乱。5.根据权利要求1所述的级联过模折叠波导行波放大器的双电子注太赫兹辐射源，其特征在于，所述第二段高频结构包括:群聚段和互作用段；在太赫兹波的作用下，所述群聚段用于对第二双电子注进行群聚产生群聚电子束团；所述群聚电子束团在互作用段内与所述太赫兹波相互作用，对所述太赫兹波进行功率放大后输出。6.根据权利要求5所述的双电子注太赫兹辐射源，其特征在于，所述第二段高频结构采取以下方式其中之一输出:均匀输出、渐变结构输出或者天线输出。7.根据权利要求1至6中任一项所述的双电子注太赫兹辐射源，其特征在于，所述第一段第一阴极、第一段第二阴极、第二段第一阴极和第二段第二阴极的阴极形状为以下形状中的任意一种:圆形、椭圆形、带状注和碳纳米管阵列阴极。8.根据权利要求1至6中任一项所述的双电子注太赫兹辐射源，其特征在于，所述磁场产生部件为以下形式的其中一种:永磁体、周期性永磁聚焦系统、电磁聚焦系统和静电聚焦系统。9.根据权利要求1至6中任一项所述的双电子注太赫兹辐射源，其特征在于，所述第一双电子注和第二双电子注的工作电压介于10kV-25kV之间。10.如权利要求1至6任一项所述的双电子注太赫兹辐射源，其特征在于，所述第一电子注和第二电子注的传播方向平行。
【专利摘要】本发明提供了一种双电子注太赫兹辐射源。该太赫兹辐射源采用过模级联折叠波导行波放大的高频结构，可以显著地缩短单段折叠波导慢波结构的长度，降低对磁场的要求。采用双电子注激励，可以提高输出功率，同时降低对阴极电流发射密度的要求。输入信号采用高次模式TE20模，可以增大慢波结构的尺寸，便于加工。在同一个太赫兹波辐射源中，既实现了高功率太赫兹波输出同时又利于设计和加工，从而有利于太赫兹波辐射源在抗干扰、有害物质检测、超宽带雷达远距离探测和高分辨率成像雷达等方面的应用。
【IPC分类】H01J23/04, H01J25/44, H01J23/06
【公开号】CN105355528
【申请号】CN201510707076
【发明人】刘文鑫, 张兆传, 李科, 赵超, 郭鑫
【申请人】中国科学院电子学研究所
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年10月27日