[發明專利]一種基于布洛赫表面波的電子加速系統及方法

在審

• 申請號: 202210188354.8
• 申請日: 2022-02-28
• 公開（公告）號: CN114666966A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 朱映彬;趙攀;姚若河;耿魁偉;劉玉榮
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H05H15/00
• 分類號: H05H15/00
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 鄭宏謀

本發明公開了一種基于布洛赫表面波的電子加速系統及方法，其中系統包括：玻璃襯底；光子晶體，淀積于玻璃襯底上，為由兩種介電常數不同的的介質材料周期交替構成的多層膜結構；飛秒激光脈沖模塊，用于產生飛秒激光脈沖，所述飛秒激光脈沖經過所述玻璃襯底，以預設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域，實現對電子進行加速。本發明采用布洛赫表面波對電子進行加速，由于飛秒激光激發的布洛赫表面波具有強的局域增強效應，加速電子可以在該強局域場中獲得較高的能量。本發明可廣泛應用于電子器件領域。

技術領域

本發明涉及電子器件領域，尤其涉及一種基于布洛赫表面波的電子加速系統及方法。

背景技術

由于在廣泛的應用中需要相對高能量的電子，高能電子脈沖的加速裝置一直是研究的熱點。在化學和原子物理學中，高能電子脈沖可以用于研究發生在飛秒尺度上的復雜的分子和原子動力學過程。大量的研究已經提出多種電子加速裝置，如直流高壓加速裝置、激光脈沖定向輔助發射裝置和基于表面等離激元的電子加速裝置等。但是，傳統的直流高壓加速裝置存在成本高、安全性低等缺點；激光脈沖定向輔助發射裝置依賴激光啁啾或者復雜的加速裝置且加速后電子能量相對不高；基于表面等離激元的電子加速方式存在激光輻照金屬使電子發射的方式復雜不便于統計分析和經加速后的電子的動能較低的缺點。

發明內容

為至少一定程度上解決現有技術中存在的技術問題之一，本發明的目的在于提供一種基于布洛赫表面波的電子加速系統及方法。

本發明所采用的技術方案是：

一種基于布洛赫表面波的電子加速系統，包括：

玻璃襯底；

光子晶體，淀積于玻璃襯底上，為由兩種介電常數不同的的介質材料周期交替構成的多層膜結構；

飛秒激光脈沖模塊，用于產生飛秒激光脈沖，所述飛秒激光脈沖經過所述玻璃襯底，以預設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域，實現對電子進行加速。

進一步地，所述光子晶體上的頂層膜的厚度大于其他膜層的厚度，所述第二表面設置在所述頂層膜上。

進一步地，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置為4λ，其中λ為布洛赫表面波的波長。

進一步地，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通過以下方式確定：

設第一材料膜層的介電常數為ε_A，第二材料膜層的介電常數為ε_B，則光子晶體的TM模式下的色散關系為：

式式中，A＝d_A+d_BK為布洛赫表面波波數；k₀為真空中的光波數，β_||為波矢在多層介質表面水平方向的投影。

進一步地，所述飛秒激光脈沖以預設的入射角輻照光子晶體和玻璃襯底界面，激發的布洛赫表面波滿足如下關系式：

式中，K為布洛赫表面波的波數，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，β為飛秒激光脈沖的入射角。