[发明专利]一种基于光子晶体与光栅组合的逆Smith-Purcell辐射源及产生方法

权利要求书

1.一种基于光子晶体与光栅组合的逆Smith-Purcell辐射源，包括电子枪、金属光栅和光子晶体，所述的电子枪设置在金属光栅一侧、所述的光子晶体设置在金属光栅的另外一侧，其特征在于，所述的光子晶体具有负折射特性。

2.根据权利要求1所述的逆Smith-Purcell辐射源，其特征在于，所述的光子晶体为空气柱三角排列的结构。

3.根据权利要求2所述的逆Smith-Purcell辐射源，其特征在于，所述的光子晶体的晶格常数a为630um，空气柱半径为0.45a。

4.根据权利要求1所述的逆Smith-Purcell辐射源，其特征在于，所述的金属光栅周期为118um，高100um，占空比为1:1。

5.根据权利要求1所述的逆Smith-Purcell辐射源，其特征在于，所述的光子晶体与光栅的厚度为500um，光子晶体与光栅之间的距离为375um。

6.一种利用如权利要求1-5任意一项所述的基于光子晶体与光栅组合的逆Smith-Purcell辐射源的逆Smith-Purcell辐射源的产生方法，其特征在于，包括：

首先利用SP公式计算出对应结构的SP频率范围，SP公式中，L为光栅周期，β为电子相对论速度与光速的比值，θ为观测点与电子运动方向的夹角，n为谐波次数；

再使用平面波展开法理论计算出光子晶体的能带结构与等频图，平面波展开在TM波的本征方程为：

其中k_//＝k_xe_x+k_ye_y，G_//＝b₁e_x+b₂e_y，为傅立叶展开系数，A(k_//|G_//)为列向量，k_//为波矢，本征方程的左边为一个关于对角线对称的正定矩阵，因此本征方程的所有特征根全部是正数，将看成是左边矩阵的特征根λ，所以

通过光子晶体的能带结构与等频图找出能够满足在SP频率范围内群速与波矢方向相反的部分，vg·k<0，即光子晶体中能够实现负折射的部分，再把具有负折射性质的光子晶体与光栅相结合，实现逆SP现象。