[發明專利]一種太赫茲帶狀注回旋管

在審

• 申請號: 202110352958.7
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN115149372A
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 徐壽喜;耿志輝;張健;張瑞;張志強
• 申請（專利權）人: 中國科學院空天信息創新研究院
• 主分類號: H01S1/00
• 分類號: H01S1/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

本公開提供了一種太赫茲帶狀注回旋管，包括：平面陰極，用于產生帶狀電子注；導引磁體，用于產生磁場，以使所述帶狀電子注在所述磁場的z軸方向磁場的作用下沿z軸方向傳輸；共焦波導結構，用于對所述帶狀電子注實現注?波互作用，產生THz電磁輻射；收集極，用于收集俘獲進行注?波互作用后的帶狀電子注；其中，共焦波導結構為橫向開敞的共焦波導結構，其包括：相對設置的兩個共焦鏡面波導，兩個共焦鏡面波導的焦點位于相對設置的共焦鏡面波導上。

技術領域

本公開涉及真空太赫茲源技術領域，具體涉及到一種太赫茲帶狀注回旋管。

背景技術

太赫茲是介于毫米波與遠紅外光波之間，其獨特的性質使得該波段在通信、醫學成像、無損檢測、成像雷達等領域有著重要的應用價值。太赫茲輻射源是太赫茲技術研究的基礎和關鍵，目前THz輻射源效率較低，難以滿足需要。因此尋求有效方法發展高功率、高效率太赫茲輻射源是十分必要的，對促進THz波的推廣應用具有重要的意義。

基于電子回旋脈塞機制發展的傳統圓柱結構回旋管是產生太赫茲波的主要輻射源，其利用相對論效應下的環形回旋電子注與電磁波互作用，實現電子與電磁波的能量交換，高頻電磁場吸收電子注的能量從而在太赫茲波段產生高功率電磁輻射，回旋管可廣泛應用在等離子體加熱、材料處理、陶瓷燒結、粒子加速、先進雷達等方面。

圖1為現有技術基于電子回旋脈塞機制的傳統圓柱結構回旋管的結構示意圖，主要由磁控式注入電子槍、開放式諧振腔、輸出結構、磁體構成，如圖1所示，磁控式注入電子槍陰極產生的環形回旋電子注在磁場系統導引下在開放式諧振腔相互作用產生電磁波，并經由輸出窗輸出，作用后的電子注被收集極收集。該器件的特點是工作頻率與磁感應強度和高頻結構參數有關，不需要外加激勵信號，能夠在毫米波產生高功率電磁輻射。然而，如圖1所示的傳統圓柱結構回旋管在向高頻率發展過程中，模式競爭嚴重，注-波互作用效率大大降低，在1THz輸出功率在幾個kW量級，遠遠不能滿足應用的需要。

發明內容

為了解決現有技術中上述問題，本公開提供了一種太赫茲帶狀注回旋管，用于解決以上技術問題中的至少之一。

本公開提供了一種太赫茲帶狀注回旋管，包括：平面陰極，用于產生帶狀電子注；導引磁體，用于產生磁場，以使該帶狀電子注在磁場的z軸方向磁場的作用下沿z軸方向傳輸；共焦波導結構，用于對帶狀電子注實現注-波互作用，產生THz電磁輻射；收集極，用于收集俘獲進行注-波互作用后的帶狀電子注；其中，共焦波導結構為橫向開敞的共焦波導結構，其包括：相對設置的兩個共焦鏡面波導，兩個共焦鏡面波導的焦點位于相對設置的共焦鏡面波導上。

進一步地，兩個共焦鏡面波導兩端均設置截止段及輸出段，其中，截止段用于抑制所述帶狀電子注返向傳播；輸出段用于輸出所述注-波互作用后的帶狀電子注。

進一步地，兩個共焦鏡面波導均為圓弧段，該圓弧段的圓半徑與兩個共焦鏡面波導的間距相等。

進一步地，截止段與輸出段均為錐形波導。

進一步地，兩個共焦鏡面波導由無氧銅材料構成。

進一步地，截止段及輸出段與其相連的共焦鏡面波導間的夾角均為1°～5°。

進一步地，兩個共焦鏡面波導的長度與輸出段的長度相等，且大于截止段的長度。

進一步地，兩個共焦鏡面波導的間距為3mm～6mm。

進一步地，兩個共焦鏡面波導的寬度為3mm～6mm。

進一步地，控制陽極，用于帶狀電子注從控制陽極的前方射出。

本公開相比現有技術至少具備以下有益效果：