[發(fā)明專利]一種基于布洛赫表面波的電子加速系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210188354.8
• 申請(qǐng)日: 2022-02-28
• 公開（公告）號(hào): CN114666966A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱映彬;趙攀;姚若河;耿魁偉;劉玉榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H05H15/00
• 分類號(hào): H05H15/00
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 鄭宏謀

1.一種基于布洛赫表面波的電子加速系統(tǒng)，其特征在于，包括：

玻璃襯底；

光子晶體，淀積于玻璃襯底上，為由兩種介電常數(shù)不同的的介質(zhì)材料周期交替構(gòu)成的多層膜結(jié)構(gòu)；

飛秒激光脈沖模塊，用于產(chǎn)生飛秒激光脈沖，所述飛秒激光脈沖經(jīng)過(guò)所述玻璃襯底，以預(yù)設(shè)的入射角射入所述光子晶體的第一表面，并從所述光子晶體的第二表面射出，以在所述第二表面處形成布洛赫表面波作用區(qū)域；

電子注入裝置，用于將電子注入所述布洛赫表面波作用區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)電子進(jìn)行加速。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于布洛赫表面波的電子加速系統(tǒng)，其特征在于，所述光子晶體上的頂層膜的厚度大于其他膜層的厚度，所述第二表面設(shè)置在所述頂層膜上。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于布洛赫表面波的電子加速系統(tǒng)，其特征在于，所述其他膜層包括周期交替第一材料膜層和第二材料膜層，所述第一材料膜層的厚度和所述第二材料膜層的厚度不同；

所述第一材料膜層和所述第二材料膜層的寬度設(shè)置為4λ，其中λ為布洛赫表面波的波長(zhǎng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于布洛赫表面波的電子加速系統(tǒng)，其特征在于，所述第一材料膜層的厚度d_A和所述第二材料膜層的厚度d_B通過(guò)以下方式確定：

設(shè)第一材料膜層的介電常數(shù)為ε_A，第二材料膜層的介電常數(shù)為ε_B，則光子晶體的TM模式下的色散關(guān)系為：

式中，Λ＝d_A+d_B，K為布洛赫表面波波數(shù)；k₀為真空中的光波數(shù)，β_||為波矢在多層介質(zhì)表面水平方向的投影。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于布洛赫表面波的電子加速系統(tǒng)，其特征在于，所述飛秒激光脈沖以預(yù)設(shè)的入射角輻照光子晶體和玻璃襯底界面，激發(fā)的布洛赫表面波滿足如下關(guān)系式：

式中，K為布洛赫表面波的波數(shù)，ω和c分別為真空中光的角頻率和速度，ε_p是玻璃襯底的介電常數(shù)，β為飛秒激光脈沖的入射角。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于布洛赫表面波的電子加速系統(tǒng)，其特征在于，所述電子注入裝置安裝在所述布洛赫表面波作用區(qū)域的外部，且距離所述光子晶體和所述玻璃襯底足夠遠(yuǎn)，以避免電子注入裝置對(duì)布洛赫表面波的激發(fā)產(chǎn)生影響。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于布洛赫表面波的電子加速系統(tǒng)，其特征在于，所述電子注入裝置需滿足電子空間電荷密度，以避免空間電荷效應(yīng)的引入。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于布洛赫表面波的電子加速系統(tǒng)，其特征在于，所述飛秒激光脈沖與所述光子晶體的第一表面之間的入射角為45°。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于布洛赫表面波的電子加速系統(tǒng)，其特征在于，兩種介電常數(shù)不同的的介質(zhì)材料分別為折射率為n＝1.48+i10^(-3)的二氧化硅材料和折射率為n＝2.65+i10^(-3)的四氮化三硅材料。

10.一種基于布洛赫表面波的電子加速方法，應(yīng)用于如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的一種基于布洛赫表面波的電子加速系統(tǒng)，其特征在于，包括以下步驟：

確定飛秒激光脈沖的參數(shù)，所述參數(shù)包括激光波長(zhǎng)、脈沖持續(xù)時(shí)間以及激光強(qiáng)度；

控制所述飛秒激光脈沖以預(yù)設(shè)的入射角射入光子晶體，以在所述飛秒激光脈沖射出處激發(fā)布洛赫表面波，形成布洛赫表面波作用區(qū)域；

控制電子以預(yù)設(shè)的注入角注入所述布洛赫表面波作用區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)電子的加速。