狭缝波导加速结构和基于狭缝波导加速结构的加速器的制作方法

本申请涉及加速器，特别是涉及一种狭缝波导加速结构和基于狭缝波导加速结构的加速器。

背景技术：

1、加速器是伴随于粒子物理的发展，早期的粒子加速器都是基于微波来进行粒子加速的，粒子加速器是利用电场来推动带电粒子使之获得高能量。随着粒子加速器快速的发展，使更高时空分辨率结构的研究与应用成为可能，粒子加速器在科学研究、医学和工业等领域发挥巨大作用。

2、传统的粒子加速器的广泛应用受到巨大的基础设施规模和大量能源消耗的限制。因此，在加速领域中，加速器小型化、低成本化都是其发展的重要方向。随着加速器小型化的进程，目前的加速器的加速场存在不可调节，不能满足不同应用场景的需求的问题。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种结构简单、可以解决加速梯度不可调节的狭缝波导加速结构和基于狭缝波导加速结构的加速器。

2、第一方面，本申请提供了一种狭缝波导加速结构。所述狭缝波导加速结构包括基底以及波导单元，所述波导单元位于所述基底上，用于对待加速电子进行加速；其中，所述波导单元包括互相间隔的第一波导和第二波导，所述第一波导和所述第二波导之间形成狭缝，所述待加速电子通过所述狭缝进行加速。

3、上述狭缝波导加速结构，通过直接在基底上设置包括互相间隔的第一波导和第二波导的波导单元，基于第一波导和第二波导之间形成的狭缝对待加速电子进行加速，基于这一简单结构设置不同狭缝宽度的波导单元改变加速电场参数，调节电子加速度，解决了利用直接带隙的加速结构无法实现电子加速度的调节的问题。

4、在其中一个实施例中，所述第一波导和第二波导之间呈平行设置，所述第一波导的波导结构和所述第二波导的波导结构对称。

5、上述实施例中，通过将第一波导和第二波导平行设置，且保持第一波导和第二波导对称，用于确保第一波导和第二波导狭缝间的电场满足电子加速需求，确保电子能够获取运动方向的能量，确保电子束流的品质。

6、在其中一个实施例中，所述基底的材质为二氧化硅，所述波导单元的材质为氮化硅。

7、上述实施例中，以二氧化硅为狭缝波导加速结构的基底，以氮化硅为狭缝波导加速结构的波导单元，可以降低加速器的成本。

8、在其中一个实施例中，所述狭缝的狭缝宽度为0.1微米~0.3微米。

9、上述实施例中，通过将第一波导单元和第二波导单元间的狭缝宽度设置在0.1微米~0.3微米这一个区间，可以确保狭缝间的加速电场能够满足实际需求，确保待加速电子的能量需求。

10、在其中一个实施例中，所述狭缝的狭缝宽度为0.2微米。

11、上述实施例中，通过将狭缝的狭缝宽度设置为0.2微米，可以减小狭缝间的加速电场的横向分量对待加速电子在加速方向上的影响，进而确保束流品质。

12、在其中一个实施例中，所述第一波导的波导宽度为0.8微米。

13、在其中一个实施例中，所述狭缝波导加速结构包括至少两个波导单元，相邻的所述波导单元之间留有间距。

14、上述实施例中，在狭缝波导加速结构中设置至少两个互相间隔的波导单元，通过在波导单元之间留有间隔可以满足电子加速进度调节的需求，以实现电子的同步加速。

15、在其中一个实施例中，所述至少两个波导单元的狭缝宽度在所述待加速电子的加速方向上不同，用于调节所述待加速电子的加速度。

16、在其中一个实施例中，所述至少两个波导单元的狭缝宽度在所述待加速电子的加速方向依次变大。

17、上述实施例中，通过利用波导单元的狭缝宽度渐变，达到对待加速电子进行变相速的加速的效果，解决加速过程中由于速度变快导致被加速电子和狭缝中电场的相位失配问题，进而提高电子束的束流品质。

18、第二方面，本申请还提供了一种基于狭缝波导加速结构的加速器。所述加速器包括如上述任意一项所述的狭缝波导加速结构、电子枪和红外激光源，其中：

19、所述红外激光源，从所述狭缝波导加速结构的第一方向平行入射，激发所述狭缝波导加速结构中的电场，并维持所述电场；

20、所述电子枪，从所述狭缝波导加速结构的中心位置入射待加速电子，所述待加速电子在所述狭缝波导加速结构的电场中沿着所述第一方向运动；其中，所述中心位置为所述狭缝波导加速结构的第二方向和所述第一方向的交点；所述第一方向和所述第二方向垂直。

21、上述基于狭缝波导加速结构的加速器，通过直接在基底上设置包括互相间隔的第一波导和第二波导的波导单元，基于第一波导和第二波导之间形成的狭缝对待加速电子进行加速，设置不同狭缝宽度的波导单元改变加速电场参数，调节电子加速度，解决了利用直接带隙的加速结构无法实现电子加速度的调节的问题。

22、在其中一个实施例中，所述电子枪入射待加速电子的发射时间与所述红外激光源的发射时间同步。

23、上述实施例中，通过将所述电子枪入射待加速电子的发射时间与红外激光源的发射时间同步，可以解决待加速电子与电场的相位不同步性的问题，提高待加速电子与电场的相位的同步性。

技术特征：

1.一种狭缝波导加速结构，其特征在于，所述狭缝波导加速结构包括基底以及波导单元，所述波导单元位于所述基底上，用于对待加速电子进行加速；其中，所述波导单元包括互相间隔的第一波导和第二波导，所述第一波导和所述第二波导之间形成狭缝，所述待加速电子通过所述狭缝进行加速。

2.根据权利要求1所述的狭缝波导加速结构，其特征在于，所述第一波导和第二波导之间呈平行设置，所述第一波导的波导结构和所述第二波导的波导结构对称。

3.根据权利要求1所述的狭缝波导加速结构，其特征在于，所述基底的材质为二氧化硅，所述波导单元的材质为氮化硅。

4.根据权利要求1所述的狭缝波导加速结构，其特征在于，所述狭缝的狭缝宽度为0.1微米~0.3微米。

5.根据权利要求2所述的狭缝波导加速结构，其特征在于，所述第一波导的波导宽度为0.8微米。

6.根据权利要求1至权利要求5任意一项所述的狭缝波导加速结构，其特征在于，所述狭缝波导加速结构包括至少两个波导单元，相邻的所述波导单元之间留有间距。

7.根据权利要求6所述的狭缝波导加速结构，其特征在于，所述至少两个波导单元的狭缝宽度不同，用于调节所述待加速电子的加速度。

8.根据权利要求7所述的狭缝波导加速结构，其特征在于，所述至少两个波导单元的狭缝宽度在所述待加速电子的加速方向依次变大。

9.一种狭缝波导加速结构的加速器，其特征在于，所述加速器包括如权利要求1至权利要求8任意一项所述的狭缝波导加速结构、电子枪和红外激光源，其中：

10.根据权利要求9所述的加速器，其特征在于，所述电子枪入射所述待加速电子的发射时间与所述红外激光源的发射时间同步。

技术总结
本申请涉及一种狭缝波导加速结构和基于狭缝波导加速结构的加速器，通过直接在基底上设置包括互相间隔的第一波导和第二波导的波导单元，基于第一波导和第二波导之间形成的狭缝对待加速电子进行加速，基于这一简单结构可以设置不同狭缝宽度的波导单元，改变加速电场参数，实现电子加速度的调节。

技术研发人员：王琳,张磊,尹坤
受保护的技术使用者：之江实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13