一种用于降低起振电流并提高辐射效率的波导结构制造技术

本发明专利技术公开了一种用于降低起振电流并提高辐射效率的波导结构，属于真空电子学领域。该结构包括平板矩形光栅以及设置于光栅上方的亚波长孔阵列结构，矩形光栅的凹槽与亚波长孔阵列结构的通孔一一对应，两根电子注通道分别位于孔阵列与光栅之间的间隙以及孔阵列上方。两根电子注将会同时激励亚波长孔阵列结构上下表面等离子体波并与之互作用，由于下半空间的电子注在封闭结构中，耦合阻抗比较大，因此起振电流比较低，将率先起振；而同时通过亚波长孔阵列结构的投射特性影响上半空间的电子注起振，从而达到整个器件起振的目的。与普通光栅结构相比，电子注通过该波导结构产生超辐射现象所需要的最低起振电流密度得到了有效降低。

A waveguide structure for reducing starting current and improving radiation efficiency

The invention discloses a waveguide structure for reducing the starting current and improving the radiation efficiency, belonging to the field of vacuum electronics. The structure consists of a flat rectangular grating and a subwavelength aperture array arranged above the grating. The grooves of the rectangular grating correspond to the through holes of the subwavelength aperture array. The two electron beam channels are located in the gap between the aperture array and the grating and above the aperture array respectively. The two beams will simultaneously excite and interact with the upper and lower surface plasmon waves of the subwavelength aperture array structure. Because the lower half of the space electron beams are in a closed structure, the coupling impedance is relatively large, so the starting current is relatively low, and it will be the first to oscillate. At the same time, the projection characteristics of the subwavelength aperture array structure affect the upper half of the sky. The electron beam between the two starts to oscillate, so as to achieve the purpose of starting the whole device. Compared with the conventional grating structure, the minimum starting current density required for the electron beam to produce SUPERRADIATION through the waveguide structure is effectively reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种用于降低起振电流并提高辐射效率的波导结构
本专利技术具体涉及一种用于降低起振电流并提高辐射效率的特殊波导结构，属于真空电子学领域。
技术介绍
小型化电真空器件是电子设备中的重要器件，具有结构小、重量轻和功率高等特点。随着现代电子设备的复杂性日益增加，对小型化电真空器件的可靠性要求越来越高。这些器件的快速发展使得其在雷达、制导战略通信、电子对抗、预警机和遥感等方面得到了广泛的应用，对巩固国防和发展国民经济都具有重大意义。小型化电真空器件的发展主要面临以下困难：一是随着工作频率的提高，器件高频结构等部件的加工尺寸不断减小，加工的精度、光洁度等工艺水平限制了工作频率的提高；二是由于电子注的起振电流密度与频率的平方成正比，再考虑到光洁度与装配工艺等因素，起振电流成为了限制小型化电真空器件发展的关键问题。平板光栅结构简单，但需要较长的慢波互作用区间，轴向长度较长，导致阻抗高、辐射强度低，同时该结构起振电流密度随频率的提高急剧增加。圆柱光栅、三维堆叠孔阵列结构虽然能够降低起振电流密度，但结构复杂，加工工艺难度大，尤其圆柱光栅结构工作需要能够发射圆环电子注的电子枪，是现在的工艺水平无法制作的。
技术实现思路
为了有效的降低小型化电真空器件起振电流并提高其辐射效率，本专利技术提出了一种特殊波导结构。本专利技术提供了一种用于降低起振电流并提高辐射效率的波导结构，该结构包括底部的平板矩形光栅以及设置于光栅上方的亚波长孔阵列结构，所述矩形光栅的凹槽与亚波长孔阵列结构的通孔一一对应，两根电子注通道分别位于孔阵列与光栅之间的间隙以及孔阵列上方。本专利技术中，两根电子注会同时激励亚波长孔阵列结构上下表面等离子体波并与之互作用，由于下半空间的电子注在封闭结构中，耦合阻抗比较大，因此起振电流比较低，将率先起振。而同时通过亚波长孔阵列结构的投射特性影响上半空间的电子注起振，从而达到整个器件起振的目的。与普通光栅结构相比，电子注通过该波导结构产生超辐射现象所需要的最低起振电流密度得到了有效降低。两根电子注最终都会以略大于普通光栅结构一半的起振电流起振，本专利技术实施例中，当注入电流密度为1.99×107A/m的电流时，两根电子注均能够起振。起振后，以与整体结构成55.3°角向空间中辐射定向加强的太赫兹辐射，辐射频率为600GHz。但是在光栅结构下，如果想要产生相同频率的超辐射，则需要的最低起振电流密度为3.62×107A/m。本专利技术提出的平板光栅耦合亚波长空阵列结构，由光学器件组成，制作工艺成熟，装配简单；同时该结构通过注入两排电子注，增强电子注与表面波的耦合强度，同时增加电子注之间的耦合，大幅度降低了起振电流密度，并减小了互作用距离，提高辐射功率。附图说明图1为传统平板光栅结构示意图；图2为本专利技术实施例波导结构示意图；图3为电子注起振后磁场的等势线图；图4为超辐射区域中一观测点Y的频谱图；图5为产生600GHz超辐射时，传统平板光栅与本专利技术实施例波导结构起振电流的对比图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1所示为平板光栅结构示意图，a为一个周期光栅长度，b为一个周期凹槽长度，h为光栅高度。图2所示为本专利技术实施例波导结构示意图，包括平板矩形光栅1以及设置于光栅上方的亚波长孔阵列结构2，图中a为一个周期光栅长度0.135mm，b为一个周期凹槽长度0.135mm，孔阵列的光栅周期与平板矩形光栅尺寸一致；h为光栅高度0.09mm，h1为孔阵列高度0.09mm，h2为平板矩形光栅与孔阵列之间的距离0.045mm。本实施例周期数为35，电子束高度为0.0225mm，电压50kV，电流密度1.99×107A/m，以上结构数据均可根据需求进行调整。如图3所示为该尺寸下的亚波长孔阵列波导结构的仿真结果的磁场分布图，图中可以看到一束与光栅成55.3°的smith-purcell超辐射。如图4所示为该辐射的频率分布图，我们在超辐射区域设置了观测点，观测到辐射频率为600.2GHz，与我们预期值一致。如图五所示为本文提出的结构与普通光栅结构，在产生600GHz超辐射时所需要的起振电流比较图。图中横坐标为输入的电流密度，纵坐标为观测点的磁场强度，当磁场强度突然增强时，则表明电子注起振。本实施例中，两根电子注最终都会以略大于普通光栅结构一半的起振电流起振，当注入电流密度为1.99×107A/m的电流时，两根电子注均能够起振。起振后，以与整体结构成55.3°角向空间中辐射定向加强的太赫兹辐射，辐射频率为600GHz。但是在传统光栅结构下，如果想要产生相同频率的超辐射，则需要的最低起振电流密度为3.62×107A/m。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于降低起振电流并提高辐射效率的波导结构，其特征在于：该波导结构包括底部的平板矩形光栅以及设置于光栅上方的亚波长孔阵列结构，所述矩形光栅的凹槽与亚波长孔阵列结构的通孔一一对应，两根电子注通道分别位于孔阵列与光栅之间的间隙以及孔阵列上方。

【技术特征摘要】
1.一种用于降低起振电流并提高辐射效率的波导结构，其特征在于：该波导结构包括底部的平板矩形光栅以及设置于光栅上方的亚波长孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡旻，操岳恒，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51