[發明專利]基于多電子束與等離子體相互作用的太赫茲輻射產生方法

有效

• 申請號: 202110109421.8
• 申請日: 2021-01-27
• 公開（公告）號: CN112952532B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 楊生鵬;宮玉彬;王少萌;王戰亮
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01S1/02
• 分類號: H01S1/02;H05H1/24
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

本發明公開了一種基于多電子束與等離子體相互作用的太赫茲輻射產生方法，先利用等離子體源電離中性氣體，在真空腔內產生一定密度范圍的等離子體；再將多個(兩個或兩個以上)電子束以一定的發射夾角注入等離子體中，通過預先調節電子束之間的發射夾角，使多個電子束在等離子體內部形成會聚點，當多個電子束在等離子體內部會聚到一點，將在此會聚點處激發等離子體波；最后等離子體波將引起電子束會聚點處的電子振蕩，從而激發頻率位于等離子體頻率及其倍頻的高功率太赫茲輻射。

技術領域

本發明屬于電磁輻射技術領域，更為具體地講，涉及一種基于多電子束與等離子體相互作用的太赫茲輻射產生方法。

背景技術

太赫茲輻射指頻率位于0.1THz～10THz(1THz＝10¹²Hz)的電磁輻射。這一波段的電磁輻射在電磁波譜上占有特殊的位置，屬于經典物理到量子物理、電子學到光子學的過渡區域。太赫茲輻射具有一些其它波段的電磁波不具備的物理性質，如：高穿透性、低損傷性、超高帶寬、材料指紋譜特性等，在國防、工業、生命科學、物理學等眾多領域都具有廣闊的應用前景。

作為太赫茲輻射眾多應用的基礎，太赫茲源具有重要的研究價值。近年來，一種新型的太赫茲源引起了人們的廣泛關注，這種太赫茲源基于電子束與等離子體的相互作用，稱作“束—等離子體系統”。

現有的束—等離子體系統如圖1所示，該系統采用一個相對論電子束穿過一個被磁場線圈磁化的等離子體柱。在此過程中，電子束將驅動一個沿著電子束傳播的等離子體波，這個等離子體波在磁化等離子體中將與電磁波耦合，通過模式轉換的方式激發高功率太赫茲輻射。然而，目前這種方法仍然存在以下缺點：1、輻射機制依賴于強磁場(～T)以強流相對論電子束(電壓～MV，電流～kA)，因此輻射源體積龐大且造價高昂；2、電子束、等離子體與電磁波三者之間的互作用區域通常有數米長，在此區域內很難維持良好的等離子體均勻性，而不均勻的等離子體分布將擾亂輻射頻譜，使輻射相干性變差。3、輻射的方向性不可控制。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于多電子束與等離子體相互作用的太赫茲輻射產生方法，通過多電子束與等離子體相互作用的新物理機制，來解決現有束—等離子體系統太赫茲源體積大、造價高、頻譜雜亂、相干性和方向性差的缺點。

為實現上述發明目的，本發明一種基于多電子束與等離子體相互作用的太赫茲輻射產生方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、利用等離子體源電離中性氣體，在真空腔內產生一定密度范圍的等離子體；

(2)、預先調節每個電子束之間的發射夾角，使多個電子束在等離子體內部形成會聚點；

(3)、多個電子束以預先調節的發射夾角注入等離子體中，每個電子束在其通過的路徑上激發等離子體波；

(4)、當多個電子束在等離子體內部會聚時，每個電子束激發的等離子體波將在會聚點處疊加形成一個振幅更強的等離子體波，這個等離子體波再反作用于電子束，使電子束會聚點發生電子振蕩；

(5)、電子振蕩激發頻率位于等離子體波頻率及其倍頻的高功率太赫茲輻射。

本發明的發明目的是這樣實現的：

本發明基于多電子束與等離子體相互作用的太赫茲輻射產生方法，先利用等離子體源電離中性氣體，在真空腔內產生一定密度范圍的等離子體；再將多個(兩個或兩個以上)電子束以一定的發射夾角注入等離子體中，通過預先調節電子束之間的發射夾角，使多個電子束在等離子體內部形成會聚點，當多個電子束在等離子體內部會聚到一點，將在此會聚點處激發等離子體波；最后等離子體波將引起電子束會聚點處的電子振蕩，從而激發頻率位于等離子體頻率及其倍頻的高功率太赫茲輻射。

同時，本發明基于多電子束與等離子體相互作用的太赫茲輻射產生方法還具有以下有益效果：