[發(fā)明專利]基于受激放大相干SPR輻射的太赫茲輻射器有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010591435.3 | 申請日： | 2020-06-24 |
| 公開（公告）號： | CN111799640B | 公開（公告）日： | 2021-07-27 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 劉仿;林月釵;李津宇;黃翊東;崔開宇;馮雪;張巍 | 申請（專利權(quán)）人： | 清華大學(xué) |
| 主分類號： | H01S1/02 | 分類號： | H01S1/02 |
| 代理公司： | 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002 | 代理人： | 陳新生 |
| 地址： | 100084 北*** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 基于 放大 相干 spr 輻射 赫茲 輻射器 | ||
1.一種基于受激放大相干Smith-Purcell輻射的太赫茲輻射器，其特征在于，包括：電子發(fā)射源、泵浦源、一級諧振腔結(jié)構(gòu)和一級光柵結(jié)構(gòu)；其中，所述一級光柵結(jié)構(gòu)位于所述一級諧振腔結(jié)構(gòu)內(nèi)部；
所述電子發(fā)射源，位于所述一級諧振腔結(jié)構(gòu)的軸向入口位置，用于發(fā)射電子束，所述電子束沿所述一級諧振腔結(jié)構(gòu)的軸向入射至所述一級諧振腔結(jié)構(gòu)中后沿所述一級光柵結(jié)構(gòu)的表面飛行；
所述泵浦源，位于所述一級諧振腔結(jié)構(gòu)的側(cè)壁入口位置，用于發(fā)射泵浦信號，所述泵浦信號入射至所述一級諧振腔結(jié)構(gòu)中后在所述一級光柵結(jié)構(gòu)的表面與所述一級光柵結(jié)構(gòu)進行相互作用產(chǎn)生周期性電磁場，所述周期性電磁場使得沿所述一級光柵結(jié)構(gòu)的表面飛行的電子進行初步群聚，得到初步群聚電子；其中，所述泵浦源的頻率處于所述一級諧振腔結(jié)構(gòu)的垂直諧振模式；
所述初步群聚電子與所述一級光柵結(jié)構(gòu)進行相互作用產(chǎn)生相干Smith-Purcell輻射；
所述相干Smith-Purcell輻射與所述泵浦信號在所述一級諧振腔結(jié)構(gòu)內(nèi)垂直諧振，一起對所述一級諧振腔結(jié)構(gòu)內(nèi)的電子能量進行調(diào)制，使得電子群聚密度增大，進而使得所述相干Smith-Purcell輻射增強；
在所述一級諧振腔結(jié)構(gòu)內(nèi)，自由電子和相干Smith-Purcell輻射之間能量交互形成正反饋過程，得到受激放大的相干Smith-Purcell輻射和周期性群聚電子團。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于受激放大相干Smith-Purcell輻射的太赫茲輻射器，其特征在于，還包括：二級諧振腔結(jié)構(gòu)和二級光柵結(jié)構(gòu)；所述二級諧振腔結(jié)構(gòu)的電子束輸入端與所述一級諧振腔結(jié)構(gòu)的電子束輸出端連接；所述二級光柵結(jié)構(gòu)位于所述二級諧振腔結(jié)構(gòu)內(nèi)部，且所述二級光柵結(jié)構(gòu)的周期小于所述一級光柵結(jié)構(gòu)的周期；
所述一級諧振腔結(jié)構(gòu)輸出的周期性群聚電子團進入所述二級諧振腔結(jié)構(gòu)后，在所述二級光柵結(jié)構(gòu)的表面與所述二級光柵結(jié)構(gòu)進行相互作用產(chǎn)生預(yù)設(shè)倍頻階數(shù)的高階倍頻相干Smith-Purcell輻射；
其中，所述倍頻階數(shù)為所述高階倍頻相干Smith-Purcell輻射相對于所述泵浦源的倍頻階數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于受激放大相干Smith-Purcell輻射的太赫茲輻射器，其特征在于，電子群聚包括：初步群聚、最佳群聚和過度群聚三種狀態(tài)；相應(yīng)地，所述二級諧振腔結(jié)構(gòu)和所述二級光柵結(jié)構(gòu)設(shè)置在電子處于最佳群聚狀態(tài)的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于受激放大相干Smith-Purcell輻射的太赫茲輻射器，其特征在于，二級光柵結(jié)構(gòu)的周期與倍頻階數(shù)滿足第一關(guān)系模型，所述第一關(guān)系模型為：
其中，L2表示二級光柵結(jié)構(gòu)的周期，m表示Smith-Purcell輻射的階次，c表示真空光速，v表示電子速度，θ表示輻射角度，n表示倍頻階數(shù)，n為大于或等于1的正整數(shù)，fp表示泵浦源的泵浦頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于受激放大相干Smith-Purcell輻射的太赫茲輻射器，其特征在于，所述泵浦源為第一太赫茲信號，所述二級諧振腔結(jié)構(gòu)輸出第二太赫茲信號，所述第二太赫茲信號的頻率高于第一太赫茲信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于受激放大相干Smith-Purcell輻射的太赫茲輻射器，其特征在于，所述泵浦源為微波信號，所述二級諧振腔結(jié)構(gòu)輸出太赫茲信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于受激放大相干Smith-Purcell輻射的太赫茲輻射器，其特征在于，電子速度v，一級光柵結(jié)構(gòu)的周期L1和泵浦源的泵浦頻率fp滿足第二關(guān)系模型，所述第二關(guān)系模型為：fp＝v/L1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于受激放大相干Smith-Purcell輻射的太赫茲輻射器，其特征在于，所述電子束的能量為10～30keV，所述電子束的電流大小為10～50mA，束斑直徑為100～120μm。
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