新型三反射鏡準(zhǔn)光腔及孔陣列結(jié)構(gòu)太赫茲輻射源的基礎(chǔ)研究.pdf

1、在太赫茲科學(xué)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，太赫茲輻射源一直是亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。真空電子學(xué)太赫茲輻射源具有高功率、高效率、室溫工作等特點(diǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)備受關(guān)注。隨著工作頻率的提高，線性電子注驅(qū)動(dòng)太赫茲輻射源面臨著結(jié)構(gòu)加工困難、互作用效率和輻射強(qiáng)度降低、起振電流升高等問(wèn)題。在此背景下，本論文主要探索研究三反射鏡準(zhǔn)光腔及孔陣列結(jié)構(gòu)太赫茲輻射源，旨在以簡(jiǎn)單易加工的結(jié)構(gòu)在低電流密度下獲得高互作用效率和高輻射強(qiáng)度，為小型化緊湊型的中高功率太赫茲輻射源的研究和發(fā)

2、展提供有益的參考和新的思路。
　　本論文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下：
　　1.本論文提出一維堆疊孔陣列結(jié)構(gòu)（MSLS）。從理論和模擬研究了其色散特性、模式分布及其與方形電子注的互作用機(jī)理。該結(jié)構(gòu)中能同時(shí)支持表面波模和體模。與表面波模場(chǎng)強(qiáng)沿表面垂直向外迅速衰減不同，體模在整個(gè)電子注區(qū)域都具有很強(qiáng)的場(chǎng)強(qiáng)，因而能與方形電子注有效互作用，該注波互作用效率及輻射場(chǎng)強(qiáng)相比傳統(tǒng)光柵結(jié)構(gòu)顯著增強(qiáng)。此外，相比帶狀注電子槍和光柵結(jié)構(gòu)，方形電子注電

3、子槍和MSLS結(jié)構(gòu)更易設(shè)計(jì)和加工，同時(shí)，方形電子注也遠(yuǎn)比帶狀注易成形，這將有效降低實(shí)驗(yàn)難度。
　　2.在上述MSLS結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出三維堆疊孔陣列結(jié)構(gòu)（MSLS陣列結(jié)構(gòu)）。研究了其色散特性和模式分布，對(duì)結(jié)構(gòu)中模式耦合做了較為詳細(xì)的分析和闡述，并對(duì)其中多電子注與耦合波模互作用進(jìn)行了模擬研究。多電子注能在結(jié)構(gòu)中激發(fā)起場(chǎng)強(qiáng)很強(qiáng)的特殊分布耦合模式。由于多孔之間的模式耦合和多電子束之間的相互耦合，3×3陣列電子注與耦合波?；プ饔梅浅８咝?/p>

4、能在極低工作電流密度（6A/cm2）下得到很強(qiáng)的輻射場(chǎng)（14.8kV/mm）。因此研究基于這種多電子注互作用機(jī)制的太赫茲輻射源，對(duì)于發(fā)展低起振電流密度、小型化、中高功率太赫茲輻射源具有重要意義和研究?jī)r(jià)值。
　　3.本論文研究了線性預(yù)群聚自由電子基團(tuán)激發(fā)封閉對(duì)稱光柵相干高次諧波太赫茲衍射輻射及其激發(fā)開(kāi)放圓柱光柵高次諧波 Smith-Purcell太赫茲相干輻射。這兩種輻射機(jī)制均能以較低電流密度獲得較高頻率的太赫茲輻射。可為緊湊型連續(xù)

5、波太赫茲輻射源的發(fā)展提供思路。可以預(yù)期，基于此機(jī)制，1THz以上的連續(xù)波輻射源所需電流密度可以控制在50A/cm2以內(nèi)，這將極為有利于相對(duì)高頻率的真空電子學(xué)太赫茲輻射源的探索。
　　4.本論文研究了三反射鏡準(zhǔn)光腔增強(qiáng)Smith-Purcell相干輻射。通過(guò)對(duì)腔體中的電磁特性進(jìn)行詳細(xì)的理論分析，得到腔體中的電磁場(chǎng)分布、腔體諧振條件以及腔體耦合輸出口的設(shè)計(jì)要求；推導(dǎo)了腔體中的近似場(chǎng)表達(dá)式，對(duì)其做了相關(guān)數(shù)值計(jì)算，并與計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果做對(duì)比

6、，結(jié)果十分吻合；研究了圓柱光柵的色散關(guān)系和注波互作用，以及環(huán)形電子注激發(fā)圓柱光柵 Smith-Purcell太赫茲相干輻射，并在此基礎(chǔ)上，研究了三反射鏡準(zhǔn)光腔增強(qiáng) Smith-Purcell太赫茲相干輻射及其功率的耦合輸出。三反射鏡準(zhǔn)光腔對(duì)于輻射的振蕩和反饋?zhàn)饔檬沟?Smith-Purcell相干輻射二次諧波頻率純度明顯提高，并且使相干輻射場(chǎng)強(qiáng)和能量均得到顯著增強(qiáng)。該研究能為電子注驅(qū)動(dòng)圓柱系統(tǒng)下 Smith-Purcell太赫茲相干輻射