[發明專利]一種超材料太赫茲振蕩器及其控制方法

有效

• 申請號: 201610557542.8
• 申請日: 2016-07-15
• 公開（公告）號: CN106128917B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 劉永強;杜朝海;劉濮鯤
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01J25/02
• 分類號: H01J25/02
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙)11360
• 代理人: 王巖

1.一種超材料太赫茲振蕩器，其特征在于，所述超材料太赫茲振蕩器包括：超材料結構、電子槍、漂移腔、能量提取結構、收集極和磁聚焦系統；其中，所述超材料結構作為互作用結構，采用周期性的亞波長的金屬縫陣列；在超材料結構的一端設置電子槍，發射電子束沿著超材料結構的表面傳播，在超材料結構的末端的表面對著電子束的路徑設置依次連接的漂移腔、能量提取結構和收集極，漂移腔為矩形波導，能量提取結構為一個輸出腔；在超材料結構和漂移腔段之外設置磁聚焦系統；電子槍發射均勻電子束，電子束沿著超材料結構的表面沿z軸傳播，感應出SSP模式的電磁場；在滿足電子束與超材料結構表面SSP模式色散相匹配時，感應出的SSP模式的軸向電場反過來與電子束相互作用，使得電子束發生速度調制，進入漂移腔；漂移腔引導經過速度調制的電子束進一步形成密度調制，進而使得均勻發射的電子束形成密度調制，進入能量提取裝置；能量提取裝置作為一個輸出腔，感應經過密度調制的電子束產生電場，將超材料太赫茲振蕩器產生的SSP模式電磁波輸出；經過漂移腔和能量提取裝置之后的電子束被設置在最末端的收集極所收集；在超材料結構和漂移腔段之外設置的磁聚焦系統，使得電子束不會發生離散，從而使得電子束與SSP模式相互作用能持續和有效地進行；在超材料結構的上表面和下表面同時設置電子槍發射電子束，在超材料結構末端的上表面和下表面正對著的電子束的路徑，分別對稱設置漂移腔、能量提取裝置、磁聚焦系統和收集極；所述超材料結構包括周期性的亞波長的金屬縫陣列，金屬縫沿z軸排列，在y軸方向的厚度遠大于xz平面的尺度，所激發的類表面等離子體激元SSP模式在y軸厚度方向的電磁場分布均勻。

2.如權利要求1所述的超材料太赫茲振蕩器，其特征在于，所述漂移腔和能量提取裝置分別為一個單獨的裝置，或者漂移腔和能量提取裝置合并為一個整體，或者漂移腔設置為矩形波導和另一段超材料結構的級聯腔，從而與能量提取裝置形成矩形波導-超材料結構-能量提取裝置三段式的互作用結構。

3.如權利要求1所述的超材料太赫茲振蕩器，其特征在于，所述電子束激發兩種不同的SSP模式，包括對稱的SSP模式和反對稱的SSP模式；所激發的SSP模式的截止等離子體頻率f_c由金屬縫陣列的深度H決定；對于對稱的SSP模式，截止等離子體頻率為f_c＝c/H，c是真空中的光速，對于反對稱的SSP模式，截止等離子體頻率為f_c＝2c/H；若在金屬縫陣列之間填充介電常數為ε的電介質，則對稱的SSP模式的截止等離子體頻率為反對稱的SSP模式的截止等離子體頻率為

4.如權利要求3所述的超材料太赫茲振蕩器，其特征在于，在超材料結構上所激發的對稱和反對稱的SSP基波模式的截止傳播波矢kzc由金屬縫陣列的周期決定，即kzc＝2π/P，P為金屬縫陣列的排列周期。