[發明專利]可動態調諧輻射參數的輻射源及輻射參數調諧方法

有效

• 申請號: 202110306783.6
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113156738B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 趙陶;謝裴曜;尹文琦;胡旻
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G02F1/365
• 分類號: G02F1/365;G02F1/35
• 代理公司: 成都云縱知識產權代理事務所(普通合伙) 51316
• 代理人: 劉沙粒;伍星

本發明公開了可動態調諧輻射參數的輻射源及輻射參數調諧方法，該輻射源包括介質基底，所述介質基底上設置有波導和電極陣列，所述波導上設置有若干石墨烯條帶，相鄰的兩條石墨烯條帶之間設置有間隙，所述電極陣列用于調節各石墨烯條帶的偏壓以在輻射頻率不變的情況下動態調諧輻射源的輻射參數。本發明采用石墨烯條帶構成的超表面結構，將波導模式輻射至空間中，在形成了光柵結構的基礎上實現了在輻射頻率不變的條件下，通過改變石墨烯條帶上的偏壓主動動態調諧線寬、光柵周期等輻射參數；此外，線寬能夠在更寬的范圍內調諧且最低能夠窄至輻射頻率的1×10^?8倍，顯著地增強了輻射功率密度。

技術領域

本發明涉及相干輻射源領域，具體涉及一種可動態調諧輻射參數的輻射源，以及動態調諧輻射參數的方法。

背景技術

史密斯-珀塞爾輻射(S-P輻射)是自由電子注通過衍射光柵產生的電磁波，在自由電子光源和粒子加速器中起著重要的作用。

現有的利用S-P輻射的太赫茲輻射源，其結構一般由基底加上周期性介質光柵組成，一般為平行運動的電子注激勵表面等離子體激元(SPPs)而產生太赫茲輻射。專利CN110571626A公開了一種平面多電子注激勵石墨烯亞波長集成光柵的太赫茲輻射源，其通過在設置光柵結構，并在光柵結構上鋪設石墨烯層，使得在周期性介質光柵結構中，電子注激勵起相干的表面等離子體激元經光柵衍射轉化為輻射場，即產生相干電磁輻射。

目前S-P輻射面臨的問題是，雖然可以通過調節電子注速度以動態調諧SPPs轉化的相干電磁輻射的頻率，但是，在頻率不變的情況下，現有的調諧方法只能對波導的結構進行加工來實現，使得線寬、振幅、輻射方向等輻射參數的調諧非常困難，不能實現動態調諧。此外，SPPs轉化的相干輻射受限于SPPs的衰減，導致線寬一般較大，輻射功率密度較低。

發明內容

本發明的目的在于提供可動態調諧輻射參數的輻射源及輻射參數調諧方法，以解決現有技術中在頻率不變的情況下，無法動態調諧輻射源的線寬、振幅、輻射方向等輻射參數的問題，實現在頻率不變的情況下通過改變石墨烯的偏壓以動態調諧輻射源的線寬、光柵周期、輻射方向、輻射諧波次數、光子產率、輻射功率密度等輻射參數的目的。

本發明通過下述技術方案實現：

可動態調諧輻射參數的輻射源，包括介質基底，所述介質基底上設置有波導和電極陣列，所述波導上設置有若干石墨烯條帶，相鄰的兩條石墨烯條帶之間設置有間隙，所述電極陣列用于調節各石墨烯條帶的偏壓以在輻射頻率不變的情況下動態調諧輻射源的輻射參數。

現有技術中，在光柵周期結構上加載連續的石墨烯層的太赫茲輻射源，其輻射機理為運動電子注激發石墨烯表面等離子體激元SPPs，SPPs通過光柵周期結構衍射，轉化為輻射場，從而產生需要的相干輻射。

相較于現有技術中采用連續的石墨烯層激發SPPs，本技術方案所采用的機理是利用石墨烯條帶超表面自身構成光柵結構，并利用石墨烯主動進行輻射參數的動態調諧。具體地，本技術方案的原理為：運動電子注激發波導產生波導模式，波導模式輻射出去后，波導模式與空間中的衍射輻射場發生共振耦合導致相干輻射，其中耦合過程中波導模式先與0次空間諧由此可見，本技術方案實質是將波導模式，而非SPPs輻射至空間中。

本技術方案中，所述輻射源既可以是紅外輻射源，也可以是太赫茲輻射源。優選地，所述輻射源為太赫茲輻射源。介質基底和波導可以采用現有技術中任一種介質基底，優選地，所述介質基底為二氧化硅，進一步優選地，所述二氧化硅的介電常數為2.25。優選地，所述波導采用硅，進一步優選地，所述硅的介電常數為11.9。波導設置于介質基底層上，波導的上表面上鋪設有多條等間距或不等間距設置的石墨烯條帶，相鄰兩條石墨烯之間設置有間隙，優選地，所述各間隙寬度相等。鋪設于波導表面的石墨烯條帶構成石墨烯條帶超表面，各石墨烯條帶及間隙共同構成設置于波導上的光柵結構。