[發(fā)明專(zhuān)利]平面多電子注激勵(lì)石墨烯亞波長(zhǎng)集成光柵的太赫茲輻射源

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910807115.4
• 申請(qǐng)日: 2019-08-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110571626B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉文鑫;郭鑫;趙超;張兆傳;張志強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01S1/00
• 分類(lèi)號(hào): H01S1/00
• 代理公司: 中科專(zhuān)利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 吳夢(mèng)圓

一種平面多電子注激勵(lì)石墨烯亞波長(zhǎng)集成光柵的太赫茲輻射源及其應(yīng)用，該太赫茲輻射源包括外殼，用于保護(hù)所述太赫茲輻射源；電子槍陰極，其設(shè)置在外殼開(kāi)口的一側(cè)，用于發(fā)射多電子注；光柵結(jié)構(gòu)，其設(shè)置在外殼內(nèi)部且表面設(shè)有石墨烯層，石墨烯層表面等離子體激元與多電子注進(jìn)行互作用產(chǎn)生太赫茲輻射；隔板，其設(shè)置在相鄰的兩個(gè)電子注之間，用于隔離電子注；以及輸出端口，其設(shè)置在外殼上，用于輸出太赫茲輻射。本發(fā)明從根本上增強(qiáng)電子注與集成高頻系統(tǒng)的耦合作用，提升注?波互作用效率，解決真空電子器件向太赫茲波段發(fā)展時(shí)所面臨互作用效率低輸出功率的難題并能大幅度提高太赫茲輻射源的輸出功率，有利于工程制管的加工和高功率太赫茲源的實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及真空電子學(xué)太赫茲技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種平面多電子注激勵(lì)石墨烯亞波長(zhǎng)集成光柵的太赫茲輻射源。

背景技術(shù)

太赫茲波(Terahertz wave，簡(jiǎn)稱(chēng)THz)是指頻率介于0.1～10THz，波長(zhǎng)范圍為3mm～30um的電磁波。太赫茲波位于遠(yuǎn)紅外和亞毫米波段之間，是電子學(xué)和光子學(xué)過(guò)渡領(lǐng)域，具有獨(dú)特的電磁波性能，如高透射性、分辨率高、能量小、相干性、頻帶寬等。太赫茲技術(shù)是當(dāng)前開(kāi)拓科學(xué)新領(lǐng)域的革新手段，在生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、無(wú)線通訊等方面有著巨大的應(yīng)用潛力。

太赫茲輻射源是太赫茲技術(shù)廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵器件，產(chǎn)生方法主要包括基于半導(dǎo)體電子學(xué)產(chǎn)生太赫茲波的輻射源、基于光學(xué)和光子學(xué)方法產(chǎn)生太赫茲波的輻射源，以及基于真空電子學(xué)方法產(chǎn)生太赫茲波的輻射源。然而，大功率集成化太赫茲輻射源的匱乏，嚴(yán)重制約了太赫茲波在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。傳統(tǒng)真空電子器件是產(chǎn)生高功率微波的主要方式，然而由于高頻損耗大、互作用效率低等原因，導(dǎo)致其向太赫茲波段拓展的困難。因此尋求新途徑來(lái)產(chǎn)生高功率太赫茲源成為研究目標(biāo)。

作為新興的研究熱點(diǎn)之一，石墨烯以其優(yōu)良的性質(zhì)已被廣泛用來(lái)研究產(chǎn)生太赫茲波。2004年，石墨烯誕生之際，美國(guó)K.S.Novoselov等人證明了石墨烯的載流子遷移率可連續(xù)變化調(diào)節(jié)，石墨烯此種性質(zhì)為微波方面應(yīng)用提供了新的選擇。2008年，美國(guó)G.W.Hansen研究了在電場(chǎng)偏置條件下的石墨烯層中電磁波的互作用機(jī)制，發(fā)現(xiàn)改變電導(dǎo)率，表面波的傳播特性是可以控制的。2013年，西班牙Sebastian等學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)石墨烯表面波空間色散特性十分依賴于磁導(dǎo)率和基底介質(zhì)的影響，并闡明基于石墨烯的介質(zhì)波導(dǎo)中橫向電磁波模式可以變化，損耗可調(diào)至最低，從而擁有更高的輻射功率。日本Tohoku大學(xué)用紅外光和太赫茲波先后泵浦石墨烯薄膜，充分表明可產(chǎn)生放大的寬頻帶太赫茲輻射。電子科技大學(xué)學(xué)者利用垂直和平行運(yùn)動(dòng)的電子注激勵(lì)起石墨烯表面等離子體激元，并成功將其轉(zhuǎn)化為太赫茲波段輻射。

因此，基于石墨烯表面等離子體亞波長(zhǎng)局域增強(qiáng)特性，本發(fā)明采用平面帶狀多電子注激勵(lì)石墨烯集成高頻系統(tǒng)的方案，通過(guò)攻克平面多注電子光學(xué)系統(tǒng)研制的技術(shù)難點(diǎn)，研究平面帶狀多注與石墨烯表面等離子體高效互作用的難題，優(yōu)化石墨烯集成高頻系統(tǒng)的表征與制備方法，掌握平面帶狀多注真空電子器件集成化的系列關(guān)鍵工藝技術(shù)，突破真空電子器件向太赫茲波段拓展效率低功率小的瓶頸，最終提高注波互作用效率獲得大輸出功率的太赫茲源。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的之一在于提出一種平面多電子注激勵(lì)石墨烯亞波長(zhǎng)集成光柵的太赫茲輻射源，以期至少部分地解決上述技術(shù)問(wèn)題中的至少之一。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種平面多電子注激勵(lì)石墨烯亞波長(zhǎng)集成光柵的太赫茲輻射源，包括：

外殼，用于保護(hù)所述太赫茲輻射源；

電子槍陰極，其設(shè)置在外殼開(kāi)口的一側(cè)，用于發(fā)射多電子注；

光柵結(jié)構(gòu)，其設(shè)置在外殼內(nèi)部且表面設(shè)有石墨烯層，石墨烯層表面等離子體激元與多電子注進(jìn)行互作用產(chǎn)生太赫茲輻射；

隔板，其設(shè)置在相鄰的兩個(gè)電子注之間，用于隔離電子注；以及

輸出端口，其設(shè)置在外殼上，用于輸出太赫茲輻射。