[發(fā)明專利]一種基于光子晶體與光柵組合的逆Smith-Purcell輻射源及產(chǎn)生方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810393345.6
• 申請日: 2018-04-27
• 公開（公告）號: CN108808426B
• 公開（公告）日: 2020-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡旻
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01S1/02
• 分類號: H01S1/02;G02B1/00
• 代理公司: 成都睿道專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51217
• 代理人: 潘育敏

本發(fā)明公開了一種基于光子晶體與光柵組合結(jié)構(gòu)的逆Smith?Purcell輻射源及產(chǎn)生方法，逆Smith?Purcell輻射源的結(jié)構(gòu)包括電子槍、金屬光柵和光子晶體，所述的電子槍設(shè)置在金屬光柵一側(cè)、所述的光子晶體設(shè)置在金屬光柵的另外一側(cè)，所述的光子晶體具有負折射特性。本發(fā)明將光子晶體與光柵結(jié)合，利用光子晶體負折射的特性，實現(xiàn)逆Smith?Purcell(SP)輻射的作用，建立新型的太赫茲輻射源。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于真空電子學技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光子晶體與光柵組合結(jié)構(gòu)的逆Smith-Purcell輻射源。

背景技術(shù)

太赫茲波所處頻段的特殊(介于光波與微波之間)，其產(chǎn)生方法可以分為兩大類：電子學方法與光學方法。通過電子學方法獲得的太赫茲源(如電子回旋管、反波管等)由于轉(zhuǎn)換效率高，但只能產(chǎn)生太赫茲頻段中的較低頻段，調(diào)諧范圍有限，難以用于產(chǎn)生高頻段的太赫茲波。光學方法多采用參量振蕩或差頻的形式獲得太赫茲波，如太赫茲氣體激光器、光整流效應(yīng)的THz波輻射源等，雖然相干性比好，可以產(chǎn)生1THz以上的太赫茲波，但太赫茲波功率較前者比較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了提高THz輻射源的頻率可調(diào)性，提高輻射波收集效率，減小輻射源體積，提供一種基于光子晶體與光柵組合結(jié)構(gòu)的逆Smith-Purcell輻射源及逆Smith-Purcell輻射源的產(chǎn)生方法，把光子晶體與光柵結(jié)合，利用光子晶體負折射的特性，實現(xiàn)逆Smith-Purcell(SP)輻射的作用，建立新型的太赫茲輻射源。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于光子晶體與光柵組合結(jié)構(gòu)的逆Smith-Purcell輻射源，包括電子槍、金屬光柵和光子晶體，所述的電子槍設(shè)置在金屬光柵一側(cè)、所述的光子晶體設(shè)置在金屬光柵的另外一側(cè)，所述的光子晶體具有負折射特性。

進一步地，所述的光子晶體為空氣柱三角排列的結(jié)構(gòu)。

更進一步地，所述的光子晶體的晶格常數(shù)a為630um，空氣柱半徑為0.45a。

進一步地，所述的金屬光柵周期為118um，高100um，占空比為1:1。

進一步地，所述的光子晶體與光柵的厚度為500um，光子晶體與光柵之間的距離為375um。

本發(fā)明還提供一種逆Smith-Purcell輻射源的產(chǎn)生方法，包括：

首先利用SP公式計算出對應(yīng)結(jié)構(gòu)的SP頻率范圍，SP公式中，L為光柵周期，β為電子相對論速度與光速的壁紙，θ為觀測點與電子運動方向的夾角，n為諧波次數(shù)；

再使用平面波展開法理論計算出光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)與等頻圖，平面波展開在TM波的本征方程為：

其中k_//＝k_xe_x+k_ye_y，G_//＝b₁e_x+b₂e_y，為傅立葉展開系數(shù)，A(k_//|G_//)為列向量，k_//為波矢，本征方程的左邊為一個關(guān)于對角線對稱的正定矩陣，因此本征方程的所有特征根全部是正數(shù)，將看成是左邊矩陣的特征根λ，所以

通過光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)與等頻圖找出能夠滿足在SP頻率范圍內(nèi)群速與波矢方向相反的部分，vg·k<0，即光子晶體中能夠?qū)崿F(xiàn)負折射的部分，再把具有負折射性質(zhì)的光子晶體與光柵相結(jié)合，實現(xiàn)逆SP現(xiàn)象。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：