[發明專利]基于受激放大相干輻射的多頻多端口太赫茲源產生方法

在審

• 申請號: 202310370060.1
• 申請日: 2023-04-07
• 公開（公告）號: CN116345271A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 馮翰祺;劉仿;黃翊東;馮雪;張巍;崔開宇
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01S1/02
• 分類號: H01S1/02
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李建偉

本發明提供一種基于受激放大相干輻射的多頻多端口太赫茲源產生方法，包括：獲取電子發射源發射的自由電子，將自由電子加速至設定速度；加速后的自由電子在外界泵浦源的作用下進行初步群聚，形成初級電子團；將初級電子團與群聚光柵相互作用產生相干電磁輻射實現電子群聚；基于相干電磁輻射在諧振腔結構中與輻射光柵形成受激放大的相干電磁輻射，增強電子群聚，縮小電子團尺寸，獲得高密度的周期性群聚電子團；周期性群聚電子團與輻射光柵作用產生高階倍頻的相干電磁輻射信號，高階倍頻相干輻射從端口輸出，末端窗口含金剛石窗片，輸出波導與諧振腔連接。本發明解決現有室溫工作的小型太赫茲電子器件頻率難以提升、輻射線寬無法有效壓縮的問題。

技術領域

本發明涉及信號處理技術領域，尤其涉及一種基于受激放大相干輻射的多頻多端口太赫茲源產生方法。

背景技術

太赫茲(1THz＝10¹²Hz)波，是指頻率在0.1THz-10?THz頻段的電磁波。太赫茲波具有強穿透性，可用于安全檢測領域。除此之外太赫茲波光子能量低，相干性好，在通信、醫療、探測等領域具有重要的應用價值。太赫茲技術被認為是未來最重要的技術之一。Smith-Purcell輻射(SPR)是指直流電子束飛過周期光柵表面時所產生的電磁輻射。通過對電子束和光柵周期的參數設計，實現特定波長和特定角度的電磁波輸出。受激SPR指自由電子在外界泵浦的作用下產生SPR，實現電磁波和電子束之間相互作用，并實現能量交互的正反饋過程。在此過程中，直流電子束會形成周期性的群聚電子團，攜帶豐富的高次諧波倍頻分量，通過小周期光柵可以進一步提取高階倍頻的THz輻射。當電子被群聚為空間長度小于輻射波長的單個電子團時，電子團與光柵結構相互作用將會產生強度增強的電磁輻射，該輻射被稱之為相干SPR，具有增強的輻射效應，被視為實現輻射光源的最有效方式，同時具有壓窄的頻譜線寬特征，實現高強度THz輻射源。

當前小型化自由電子THz輻射器件面臨著頻率難以提升的難題。相干SPR是周期群聚電子團飛過光柵表面產生的相干電磁輻射，基于相干SPR的高階倍頻輻射有望提升輻射頻率。雖然在電子加速器中已經實現了高頻THz相干SPR，但在小型化器件中實現高倍頻的相干SPR仍面臨很大挑戰。此外，產生THz波易受到精密加工和裝配、微型電子束成形和聚焦、太赫茲信號高效率提取和輸出等因素影響，輻射線寬難以有效壓縮，線寬普遍超過MHz量級的限制。

發明內容

本發明提供一種基于受激放大相干輻射的多頻多端口太赫茲源產生方法，用以解決現有室溫工作的小型化太赫茲電子器件頻率難以提升、輻射線寬無法有效壓縮的問題。

本發明提供一種基于受激放大相干輻射的多頻多端口太赫茲源產生方法，包括：

獲取預設的電子發射源發射的自由電子，將所述自由電子加速至設定速度；

將加速后的自由電子在外界泵浦源的作用下進行初步群聚，形成初級電子團；

將初步群聚后的初級電子團與群聚光柵相互作用產生相干電磁輻射實現電子群聚；

基于所述相干電磁輻射在預設的諧振腔結構中與輻射光柵形成受激放大的相干電磁輻射，同時增強電子群聚，縮小電子團尺寸，獲得高密度的周期性群聚電子團；

所述周期性群聚電子團與輻射光柵相互作用產生相應高階倍頻的相干電磁輻射信號，高階倍頻相干輻射從端口輸出，末端窗口含金剛石窗片，通過輸出波導與諧振腔連接。

根據本發明提供的一種基于受激放大相干輻射的多頻多端口太赫茲源產生方法，所述獲取預設的電子發射源發射的自由電子，將所述自由電子加速至設定速度，具體包括：

所述電子發射源根據設定的工作頻率，產生具有設定束斑尺寸和電流的電子束；

將電子束中的電子加速至器件工作所需的設定速度。