[發(fā)明專利]一種雙頻徑向連續(xù)波太赫茲斜注管

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611031076.6
• 申請(qǐng)日: 2016-11-22
• 公開（公告）號(hào): CN106783476B
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳再高;王建國(guó);程國(guó)新;王玥;任澤平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北核技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H01J23/24
• 分類號(hào): H01J23/24;H01J23/06;H01J23/10
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 倪金榮

本發(fā)明涉及一種雙頻徑向連續(xù)波太赫茲斜注管，包括軸對(duì)稱金屬頂板、軸對(duì)稱金屬底板、兩個(gè)扇形電子束、兩個(gè)扇形金屬平板慢波結(jié)構(gòu)、同軸輸出波導(dǎo)外筒、同軸輸出波導(dǎo)內(nèi)筒、軸對(duì)稱收集極和外部磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置；外部磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置在高頻互作用區(qū)產(chǎn)生沿著徑向以及軸向的靜磁場(chǎng)，兩個(gè)扇形電子束在靜磁場(chǎng)的引導(dǎo)下，沿著徑向的反方向傳輸，并分別與兩個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)不同的扇形金屬平板慢波結(jié)構(gòu)相互作用，將兩個(gè)扇形電子束的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為兩個(gè)不同頻率的電磁波能量，產(chǎn)生的兩個(gè)頻率的電磁波通過(guò)同軸輸出波導(dǎo)輻射出去，能夠同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)頻率電磁波輸出，使得器件的整個(gè)工作頻率調(diào)諧范圍得到了拓寬。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于連續(xù)波太赫茲真空電子輻射源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種工作在連續(xù)波狀態(tài)，能同時(shí)輻射兩個(gè)頻率均大于0.1太赫茲、輸出功率均大于1瓦的太赫茲波段的雙頻徑向連續(xù)波太赫茲斜注管。

背景技術(shù)

近年來(lái)太赫茲技術(shù)得到了巨大發(fā)展，具有一定功率輸出的太赫茲源是太赫茲技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。基于真空電子學(xué)的太赫茲源能產(chǎn)生較高的輸出功率，因此國(guó)內(nèi)外均大力開展真空電子學(xué)太赫茲源器件的研究，俄羅斯的應(yīng)用物理研究所開展了1THz回旋管的實(shí)驗(yàn)研究，產(chǎn)生了頻率為1.03THz、輸出功率為1kW的太赫茲脈沖信號(hào)，日本的福田大學(xué)開展了太赫茲波段連續(xù)波回旋管的實(shí)驗(yàn)研究。西北核技術(shù)研究所圍繞過(guò)模表面波振蕩器，在太赫茲波產(chǎn)生理論、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)方面也開展了大量的研究工作，在CKP1000和CKP3000加速器上實(shí)驗(yàn)得到了頻率為0.14THz的太赫茲波輸出，利用輻射遠(yuǎn)場(chǎng)功率密度積分法，實(shí)測(cè)功率分別達(dá)到約2.6MW和5MW，并且初步開展了0.14THz同軸結(jié)構(gòu)表面波振蕩器的理論研究工作。為了達(dá)到kW量級(jí)以上的輸出功率，現(xiàn)階段研制的回旋器件以及表面波振蕩器所需的外加引導(dǎo)磁場(chǎng)一般較大，需采用超導(dǎo)線圈產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)電子束的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行約束，導(dǎo)致所研制的太赫茲真空電子器件外部設(shè)備非常龐大，不利于太赫茲真空電子器件的廣泛應(yīng)用。

隨著太赫茲技術(shù)以及微納加工技術(shù)的發(fā)展，太赫茲真空電子器件的一個(gè)重要發(fā)展方向?yàn)橹行≥敵龉β侍掌澰雌骷难兄疲苡糜卺t(yī)學(xué)成像以及探測(cè)等研究領(lǐng)域。該類型太赫茲源所需要的電子束電壓較低、電子束密度較小。隨著器件工作電壓的降低以及電子束密度的減少，所需的外加約束磁場(chǎng)強(qiáng)度采用永磁體以及常溫的螺旋線圈也能達(dá)到，因此整個(gè)太赫茲源的外部設(shè)備得以簡(jiǎn)化，這對(duì)于器件的實(shí)用化具有非常重要的意義。由于真空電子器件的工作頻率達(dá)到太赫茲頻段時(shí)，器件橫截面的電尺寸變小，器件的加工精度較難得到保證，傳統(tǒng)的圓柱高頻結(jié)構(gòu)是在金屬圓柱內(nèi)部刻周期性的慢波結(jié)構(gòu)，當(dāng)器件工作頻率達(dá)到太赫茲波段時(shí)，槽的寬度以及深度達(dá)到微米量級(jí)，較難加工出滿足實(shí)驗(yàn)條件的高頻慢波結(jié)構(gòu)，采用過(guò)模形式的高頻結(jié)構(gòu)可以降低加工的難度，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致器件的工作模式較難得到控制；采用平板的慢波結(jié)構(gòu)能降低太赫茲真空電子器件加工難度，同時(shí)提高輸出功率。

采用徑向的高頻結(jié)構(gòu)能增加器件的尺寸，在平板結(jié)構(gòu)上加工周期性的慢波結(jié)構(gòu)相對(duì)比較容易，同時(shí)電子槍產(chǎn)生的電子束沿著徑向的反方向傳輸，電子束的電流密度自動(dòng)提高，有利于電子束在慢波結(jié)構(gòu)中激勵(lì)太赫茲頻段電磁波，其次電子槍與高頻結(jié)構(gòu)分離，因此能夠采用輔助磁場(chǎng)設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的電子槍。專利申請(qǐng)?zhí)枮?015107029166的發(fā)明專利“一種徑向結(jié)構(gòu)連續(xù)波太赫茲振蕩器”，該專利提出采用軸對(duì)稱的徑向慢波結(jié)構(gòu)以及軸對(duì)稱的徑向電子束產(chǎn)生頻率為0.1太赫茲以上的電磁波。該發(fā)明專利所提出的器件設(shè)計(jì)方案只能夠在工作頻率附近通過(guò)調(diào)節(jié)電子束電壓進(jìn)行頻率調(diào)諧，頻率的調(diào)諧范圍有限；同時(shí)隨著頻率的調(diào)諧，器件的工作性能會(huì)有一定程度的降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決在低電壓、低磁場(chǎng)的條件下，能同時(shí)輻射兩個(gè)頻率均大于0.1太赫茲、輸出功率均大于1瓦的太赫茲波，使得器件的整個(gè)工作頻率調(diào)諧范圍得到了拓寬的雙頻徑向連續(xù)波太赫茲斜注管。

本發(fā)明的基本原理是：