一种电磁波辐射系统及辐射方法技术方案

本申请提供了一种电磁波辐射系统及辐射方法，其中，所述电磁波辐射系统可以形成多个方向上的相干的Smith‑Purcell辐射，这些相干Smith‑Purcell辐射进一步在三维空间中产生相互干涉，最终形成沿若干特定方向的相干Smith‑Purcell辐射。通过改变多个通孔的阵列排布的结构参数、排布方式和预设电子注的电子参数，可以在三维空间中实现对Smith‑Purcell辐射的辐射方向的调控。

An electromagnetic wave radiation system and radiation method

The present application provides an electromagnetic wave radiation system and a radiation method, in which the electromagnetic wave radiation system can form a coherent Smith Purcell radiation in a plurality of directions. These coherent Smith Purcell radiation produces mutual interference in the three-dimensional space, and eventually forms a coherent Smith Purcel along a number of specific directions. L radiation. By changing the structure parameters, arrangement mode and the electronic parameters of the preset electron beam, the radiation direction of Smith Purcell radiation can be controlled in the three-dimensional space.

【技术实现步骤摘要】
一种电磁波辐射系统及辐射方法
本申请涉及电磁
，更具体地说，涉及一种电磁波辐射方法及辐射系统。
技术介绍
波长在毫米或亚毫米级、频率在太赫兹波段的电磁波在生命科学、材料科学、高速通信以及国家安全等诸多领域具有广阔的应用前景，是当前国内外研究者普遍关注的热点研究课题。这个波段的电磁波辐射是发展太赫兹技术的基础。Smith-Purcell辐射是指匀速带电粒子在掠过周期性表面结构时激发的一种电磁波辐射，其在真空中的辐射波长与辐射方向的关系满足公式(1)：其中，L表示周期性表面结构的空间周期，β表示带电粒子速度与真空光速的比值，n为负整数，θ为辐射方向与粒子运动方向的夹角。Smith-Purcell辐射的辐射频率(辐射波长的倒数)与方向的密切相关性使其可以作为束流诊断(测量粒子束团长度和能量)的重要手段，同时Smith-Purcell辐射的辐射频率几乎可以覆盖整个电磁波谱，可以发展成为一类重要的电磁辐射源，因此，Smith-Purcell辐射自被发现之日起就是科学研究的一个热点课题。尤其在近年来，利用Smith-Purcell辐射可以产生其他方式较难实现的电磁辐射，最典型就是太赫兹频段(0.1THz-10THz)的电磁波辐射，基于Smith-Purcell效应的太赫兹器件得到了广泛的研究，成为产生太赫兹辐射最有前景的方式之一。传统Smith-Purcell辐射是宽谱的非相干辐射，且辐射方向朝向光栅上半空间的各个方向。理论和数值仿真表明：通过调节光栅参数和电子注能量，可以得到一种具有特定辐射方向和辐射频率的相干Smith-Purcell辐射，称之为特异Smith-Purcell辐射。特异Smith-Purcell辐射的辐射强度可以比普通Smith-Purcell辐射强度高近一个量级。现有技术中得到相干Smith-Purcell辐射的技术通常基于一维结构的光栅实现，得到的相干Smith-Purcell辐射的辐射方向只能在二维空间可控，难以实现在三维空间中的辐射方向的控制。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本申请提供了一种电磁波辐射系统及辐射方法，其中，所述电磁波辐射系统基于具有在二维平面上阵列排布的通孔激发产生相干Smith-Purcell辐射，以实现产生多个相干辐射模式和辐射频率的相干Smith-Purcell辐射的目的，并且通过改变多个通孔的阵列排布参数，可以实现对相干Smith-Purcell辐射的辐射方向的调控。为实现上述技术目的，本申请实施例提供了如下技术方案：一种电磁波辐射系统，用于产生相干Smith-Purcell辐射，所述电磁波辐射系统包括：辐射板，所述辐射板具有多个阵列排布的通孔；电子注发射设备，用于向所述辐射板的一侧发射与所述辐射板表面平行的预设电子注，以使所述预设电子注激励多个阵列排布的通孔，产生相干Smith-Purcell辐射。可选的，所述通孔在平行于所述辐射板表面的截面的形状为矩形；所述矩形平行于第一方向的边长小于所述矩形平行于第二方向的边长；所述第一方向为所述预设电子注的前进方向；所述第二方向垂直于所述第一方向。可选的，多个所述通孔以矩形阵列或平行四边形阵列的形式排布。可选的，当多个所述通孔以平行四边形阵列的形式排布时，在第二方向上相邻的两个通孔，在第一方向上的距离的取值范围为(0mm，0.5mm]；第一方向上相邻的两个通孔间的距离大于矩形在第一方向的边长的十倍。可选的，所述矩形平行于第一方向的边长小于预设波长的十分之一；所述预设波长为辐射波长。可选的，所述预设电子注为截面为矩形的电子注。一种电磁波辐射方法，用于产生相干Smith-Purcell辐射，所述电磁波辐射方法包括：提供电磁波辐射系统，所述电磁波辐射系统为权利要求1-6任一项所述的电磁波辐射系统；设置具有多个阵列排布的通孔的辐射板位于预设平面；利用电子注发射设备，向所述辐射板的一侧发射与所述辐射板表面平行的预设电子注，以使所述预设电子注激励多个阵列排布的通孔，产生相干Smith-Purcell辐射。可选的，所述通孔在平行于所述辐射板表面的截面的形状为矩形；所述矩形平行于第一方向的边长小于所述矩形平行于第二方向的边长；所述第一方向为所述预设电子注的前进方向；所述第二方向垂直于所述第一方向。可选的，多个所述通孔以矩形阵列或平行四边形阵列的形式排布。可选的，当多个所述通孔以平行四边形阵列的形式排布时，在第二方向上相邻的两个通孔，在第一方向上的距离的取值范围为(0mm，0.5mm]；第一方向上相邻的两个通孔间的距离大于矩形在第一方向的边长的十倍。从上述技术方案可以看出，本申请实施例提供了一种电磁波辐射系统及辐射方法，其中，所述电磁波辐射系统的电子注发射设备能够发射与辐射板表面平行的预设电子注，该电子注在各个通孔中激发产生一系列特定的谐振模式，这些谐振模式辐射到辐射板上半空间中，并发生干涉。由于多个通孔是阵列排布的，在多个方向上都具有周期性，使得该预设电子注掠过辐射板上的多个通孔时，这些辐射在至少两个以上的周期方向上同时产生建设性干涉，形成在三维空间多个方向上的相干的Smith-Purcell辐射。进一步的，与通过电子注掠过一维光栅产生的相干Smith-Purcell辐射不同的是，通过改变多个通孔的阵列排布的结构参数、排布方式和预设电子注的电子参数，可以在三维空间中实现对Smith-Purcell辐射的辐射方向的调控。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本申请的一个实施例提供的一种电磁波辐射系统的结构示意图；图2-图5为本申请的一个实施例提供的一种多个通孔的排列方式示意图；图6为本申请的一个实施例提供的对电磁波辐射系统进行仿真得到的辐射频谱图；图7为本申请的一个实施例提供的对电磁波辐射系统进行仿真得到的相邻一维矩形孔阵列在第一方向上的偏移量取值为0.25mm时的0.29THz频率分量的三维辐射方向示意图；图8(a)-图8(d)分别为本申请的一个实施例提供的对电磁波辐射系统进行仿真得到的相邻一维矩形孔阵列具有在第一方向的偏移量为0mm、0.125mm、0.25mm和0.375mm时x-y平面(垂直于预设电子注10前进方向)内的0.29THz频率分量的辐射方向示意图；图9为本申请的一个实施例提供的一种电磁波辐射方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。本申请实施例提供了一种电磁波辐射系统，如图1所示，用于产生相干Smith-Purcell辐射，所述电磁波辐射系统包括：辐射板20，所述辐射板20具有多个阵列排布的通孔30；电子注发射设备，用于向所述辐射板20的一侧发射与所述辐射板20表面平行的预设电子注10，以使所述预设电子注10激励多个阵列排布的通孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电磁波辐射系统，其特征在于，用于产生相干Smith‑Purcell辐射，所述电磁波辐射系统包括：辐射板，所述辐射板具有多个阵列排布的通孔；电子注发射设备，用于向所述辐射板的一侧发射与所述辐射板表面平行的预设电子注，以使所述预设电子注激励多个阵列排布的通孔，产生相干Smith‑Purcell辐射。

【技术特征摘要】
1.一种电磁波辐射系统，其特征在于，用于产生相干Smith-Purcell辐射，所述电磁波辐射系统包括：辐射板，所述辐射板具有多个阵列排布的通孔；电子注发射设备，用于向所述辐射板的一侧发射与所述辐射板表面平行的预设电子注，以使所述预设电子注激励多个阵列排布的通孔，产生相干Smith-Purcell辐射。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通孔在平行于所述辐射板表面的截面的形状为矩形；所述矩形平行于第一方向的边长小于所述矩形平行于第二方向的边长；所述第一方向为所述预设电子注的前进方向；所述第二方向垂直于所述第一方向。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，多个所述通孔以矩形阵列或平行四边形阵列的形式排布。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，当多个所述通孔以平行四边形阵列的形式排布时，在第二方向上相邻的两个通孔，在第一方向上的距离的取值范围为(0mm，0.5mm]；第一方向上相邻的两个通孔间的距离大于矩形在第一方向的边长的十倍。5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述矩形平行于第一方向的边长小于预设波长的十分之一；所述预设波长为辐射波长。6.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘维浩，梁林波，陆亚林，王琳，贾启卡，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34