[發明專利]一種折疊波導前向波-返波反饋式太赫茲輻射源

有效

• 申請號: 201910197128.4
• 申請日: 2019-03-15
• 公開（公告）號: CN109887820B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 胡玉祿;高鸞鳳;胡權;朱小芳;楊中海;李斌
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01J23/24
• 分類號: H01J23/24;H01J25/34
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發明公開一種折疊波導前向波?返波反饋式太赫茲輻射源，應用于真空電子技術領域，為了解決相干檢測中對本振信號的缺乏以及相干信號之間的頻差對檢測靈敏度的影響，本發明包括：陰極、慢波結構、能量輸入耦合器、能量輸出耦合器、環形器以及收集極；陰極產生電子注，與輸入能量耦合器中的電磁波進行注波互作用，構成一個正向的反饋回路，實現在兩個方向上分別獲得瓦量級的太赫茲信號源，最后前向波從能量輸出耦合器中輸出，返波從能量輸入耦合器中經由環形器輸出；本發明利用工作于同一頻點的前向波和返波分別與不同電子注相互作用，從而構成反饋鏈路，大大縮短互作用的長度，具備小型化、集成化的優點，并且提高了太赫茲放大器的增益。

技術領域

本發明屬于真空電子技術領域，特別涉及一種太赫茲輻射源技術。

背景技術

太赫茲波是指頻率在0.1THz-10THz內的電磁波，其波段位于毫米波波段和紅外光波波段之間，同時具有微波和光波優良特性，是第三類重要頻譜信息資源，具有大帶寬、高精度、高分辨、透射強、無損傷等特點，在遙測遙感、醫療診斷、射電天文、國土安全、安全檢查、超高速衛星通信等領域具有重要的應用價值。目前，太赫茲科學已成為國際學術研究的前沿和熱點，與物理、化學、生物、天文等多個學科相互交疊，引領新的研究方向，提供新的認知手段。隨著微細加工工藝的發展，在太赫茲波段真空電子器件以其帶寬寬、工作穩定、能夠獲得瓦級的功率輸出等優良特性，是目前發展較為迅速的太赫茲輻射源。隨著頻率的升高，慢波結構的尺寸縮小，耦合阻抗較低，電路損耗大，互作用效率低等問題是真空太赫茲輻射源面臨的主要問題，同時傳統前向波器件或返波器件都需要維持足夠的互作用長度下才能實現功率放大，使得電子注聚焦以及器件加工的難度大大增加。因此我們提出基于折疊波導慢波結構的前向波-返波反饋式太赫茲輻射源，利用工作于同一頻點的前向波和返波分別與不同電子注相互作用，從而構成反饋鏈路，提高太赫茲放大器的增益，有效實現工作在同一頻點的前向波和返波信號輸出，解決相干檢測中對本振信號的缺乏以及相干信號之間的頻差對檢測靈敏度的影響，為太赫茲相干檢測技術的發展提供更多可能。

隨著頻率的升高，慢波結構的尺寸縮小，耦合阻抗較低，電路損耗大，互作用效率低等問題是真空太赫茲輻射源面臨的主要問題，同時傳統前向波器件或返波器件都需要維持足夠的互作用長度下才能實現功率放大，使得電子注聚焦以及器件加工的難度大大增加。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出一種折疊波導前向波-返波反饋式太赫茲輻射源，能同時輸出兩個相同頻率的太赫茲信號源。

本發明采用的技術方案為：一種折疊波導前向波-返波反饋式太赫茲輻射源，包括：陰極、慢波結構、能量輸入耦合器、能量輸出耦合器、環形器以及收集極；

電磁信號經環形器進入能量輸入耦合器；環形器與能量輸入耦合器的輸入端相連，能量輸入耦合器的輸出端接慢波結構的第一端，慢波結構的第二端接能量輸出耦合器的輸入端；

陰極用于產生至少兩個圓形異速的電子注；所述陰極產生的至少兩個圓形異速的電子注從慢波結構第一端輸入；

慢波結構為具備前向波-返波反饋回路的任意周期性的慢波結構；所述慢波結構為雙通道折疊波導慢波結構，所述慢波結構的材料為無氧銅

收集極用于回收經慢波結構第二端輸出的電子注；

所述電磁信號在慢波結構中經至少兩個電子注調諧，同時產生工作在同一個頻點的兩個太赫茲輻射信號；所述兩個輸出信號為瓦量級，兩個輸出信號具體為前向波與返波，前向波從能量輸入耦合器的輸出端輸出，返波從能量輸入耦合器中經環形器輸出。

本發明的兩個輸出信號的工作頻點范圍為136GHz-143GHz。

進一步地，所述能量輸入耦合器包括：第一矩形波導與第二矩形波導，所述第一矩形波導第一端與環形器相連，第一矩形波導的第二端與第二矩形波導第一端相連，第二矩形波導第二端與慢波結構第一端相連。所述能量輸入耦合器的材料為無氧銅