一种基于F-P腔加载的人工表面等离激元辐射器及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于F‑P腔加载的人工表面等离激元辐射器及控制方法。本发明专利技术采用金属光栅和法布里‑珀罗F‑P腔，电子束在二者之间的空隙中穿过，在金属光栅的表面激发出SSP，通过SSP与自由电子束注‑波互作用实现SSP的放大，功率流到达F‑P腔的一个反射镜时，部分功率流会被反射回到F‑P腔中，继续注‑波互作用，剩余部分功率流从F‑P腔与金属光栅的空隙输出，通过再生放大机制，实现人工表面等离激元辐射器；在本发明专利技术中，F‑P腔有效地延长了互作用距离，能够在较短的互作用电路上获得较高的互作用效率，特别是电子束电流较弱的片上太赫兹源系统；本发明专利技术简单有效，不仅仅能够用于太赫兹器件中，也能够用于其他的基于自由电子束的真空电子器件中。

【技术实现步骤摘要】
一种基于F-P腔加载的人工表面等离激元辐射器及控制方法
本专利技术涉及真空电子学领域，具体涉及一种基于F-P腔加载的人工表面等离激元辐射器及控制方法。
技术介绍
基于自由电子束与周期结构表面的人工表面等离激元(Spoofsurfaceplasmon，SSP)产生太赫兹辐射源是最近几年来一直研究的热点之一。但是这种机制的互作用效率较低，如何提供互作用效率也是近些年的研究热点。目前，提高自由电子束与SSP互作用效率的方法大致方法分为以下几类：一、群聚电子束，相比连续电子束而言，群聚电子束与SSP更易获得高效的互作用，这种机制也被称为超辐射。二、增加电子束通道的电场强度。互作用效率与互作用区的电场强度成正比。因此通过改变结构，如双栅等结构可以将增加电子束通道区域的电场而提高注-波互作用效率；三、增加电子束的电流密度，互作用效率与电子束电流的平方成正比，提高电流密度可以获得高效的互作用；四、延长互作用电路长度，电子束与SSP的互作用距离越长，能量交换就越多，互作用效率就越高。此外还存在一些其他的办法，如多注电子束互作用等结构也可以增加互作用效率。但这些方式在实际应用过程中也面临许多问题。一、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于F‑P腔加载的人工表面等离激元辐射器，其特征在于，所述人工表面等离激元辐射器包括：金属光栅和法布里‑珀罗F‑P腔；其中，在金属光栅之上设置法布里‑珀罗F‑P腔；所述F‑P腔与金属光栅之间的空隙为g，小于SSP垂直于金属光栅方向的衰减距离，大于等于电子束的宽度；所述金属光栅的单位周期长度为p，金属宽度为a，槽深为h；法布里‑珀罗F‑P腔包括第一和第二反射镜，长度为Lc；电子束在F‑P腔与金属光栅之间的空隙中穿过，在金属光栅的表面激发出SSP，电子束的工作电压为U，电流为I；根据金属光栅的单位周期长度、金属宽度和槽深，得到金属光栅的色散线，并得到色散线的中点对应的波失和频率，位于色散线...

【技术特征摘要】
1.一种基于F-P腔加载的人工表面等离激元辐射器，其特征在于，所述人工表面等离激元辐射器包括：金属光栅和法布里-珀罗F-P腔；其中，在金属光栅之上设置法布里-珀罗F-P腔；所述F-P腔与金属光栅之间的空隙为g，小于SSP垂直于金属光栅方向的衰减距离，大于等于电子束的宽度；所述金属光栅的单位周期长度为p，金属宽度为a，槽深为h；法布里-珀罗F-P腔包括第一和第二反射镜，长度为Lc；电子束在F-P腔与金属光栅之间的空隙中穿过，在金属光栅的表面激发出SSP，电子束的工作电压为U，电流为I；根据金属光栅的单位周期长度、金属宽度和槽深，得到金属光栅的色散线，并得到色散线的中点对应的波失和频率，位于色散线的中点以前的区域为前向波区，位于色散线的中点以后的区域为返向波区；根据电子束的工作电压得到电子束的色散线；电子束的色散线与金属光栅的色散线的交点为互作用点，互作用点所对应的频率即为SSP的频率；通过调节电子束的工作电压，调节电子束的色散线的斜率，从而调整电子束的色散线与金属光栅的色散线的交点，调整互作用点位于前向波区或者返向波区，如果互作用点在前向波区，SSP处于前向波模式时，电子束与SSP满足互作用条件，如果互作用点在返向波区，SSP处于返向波模式时，电子束与SSP满足互作用条件；电子束以第一方向，从第一反射镜端在F-P腔与金属光栅之间的空隙中穿过，在金属光栅的表面激发出SSP；当调节电子束的工作电压使得互作用点位于返向波区时，此时SSP的功率流与SSP的传播方向相反以第二方向传播，SSP处于返向波模式，SSP与电子束进行注-波互作用，在功率流传播的过程中功率流不断的增加，当功率流传播到第一反射镜时，受到第一反射镜的反射之后继续以第一方向传播，此时功率流的方向反向，SSP处于前向波模式，由于在前向波模式中电子束与SSP不满足互作用条件，因此功率流的幅值相对稳定，当功率流到达第二反射镜时，部分功率流会被反射回到F-P腔中，重新参与下一轮的注-波互作用，剩余部分功率流从F-P腔与金属光栅的空隙输出，在第二反射镜产生一个太赫兹脉冲包络，这样一次来往的反射过程为一个回合，功率流在F-P腔中经历相同的多次来回反射过程，每当功率流到达第二反射镜时，都会产生一个脉冲，这些输出的脉冲形成一个脉冲序列；当调节电子束的工作电压使得互作用点位于前向波区时，此时SSP的功率流与SSP的传播方向相同以第一方向传播，SSP为前向波模式，SSP与电子束进行注-波互作用，在功率流传播的过程中功率流不断的增加，当功率流传播到第二反射镜时，部分功率流会被反射回到F-P腔中，重新参与下一轮的注-波互作用，剩余部分功率流从F-P腔与金属光栅的空隙输出，在第二反射镜产生一个太赫兹脉冲包络，反射回F-P腔的功率流继续以第二方向传播，此时功率流的方向反向，SSP处于返向波模式，由于在返向波模式中电子束与SSP不满足互作用条件，因此功率流的幅值相对稳定，当功率流到达第一反射镜时，被反射以第一方向传播，这样一次来往的反射过程为一个回合，功率流在F-P腔中经历相同的多次来回反射过程，每当功率流到达第一反射镜时，都会产生一个脉冲，这些输出的脉冲形成一个脉冲序列；脉冲序列的周期由工作电压与F-P腔的长度调节；从而通过SSP与电子束注-波互作用获得SSP的放大的再生放大机制，实现人工表面等离激元辐射器。2.如权利要求1所述的人工表面等离激元辐射器，其特征在于，金属光栅的色散线方程为：其中，为SSP的n次谐波沿传播方向的波矢，β0为SSP的0次谐波的传播波矢，k＝2πf/c为自由空间波矢，c是光速，f为频率，通过解上述色散线方程，得到色散线。3.如权利要求1所述的人工表面等离激元辐射器，其特征在于，所述电子束的色散线由以下公式获得：ω＝2πf＝veβ其中，ve为电子束的速度；β为电子束的传播波矢，f为频率。4.如权利要求1所述的人工表面等离激元辐射器，其特征在于，SS...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜朝海，朱娟峰，包路遥，刘濮鲲，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11