[发明专利]一种太赫兹带状注回旋管

说明书

本公开提供了一种太赫兹带状注回旋管，包括：平面阴极，用于产生带状电子注；导引磁体，用于产生磁场，以使所述带状电子注在所述磁场的z轴方向磁场的作用下沿z轴方向传输；共焦波导结构，用于对所述带状电子注实现注‑波互作用，产生THz电磁辐射；收集极，用于收集俘获进行注‑波互作用后的带状电子注；其中，共焦波导结构为横向开敞的共焦波导结构，其包括：相对设置的两个共焦镜面波导，两个共焦镜面波导的焦点位于相对设置的共焦镜面波导上。

技术领域

本公开涉及真空太赫兹源技术领域，具体涉及到一种太赫兹带状注回旋管。

背景技术

太赫兹是介于毫米波与远红外光波之间，其独特的性质使得该波段在通信、医学成像、无损检测、成像雷达等领域有着重要的应用价值。太赫兹辐射源是太赫兹技术研究的基础和关键，目前THz辐射源效率较低，难以满足需要。因此寻求有效方法发展高功率、高效率太赫兹辐射源是十分必要的，对促进THz波的推广应用具有重要的意义。

基于电子回旋脉塞机制发展的传统圆柱结构回旋管是产生太赫兹波的主要辐射源，其利用相对论效应下的环形回旋电子注与电磁波互作用，实现电子与电磁波的能量交换，高频电磁场吸收电子注的能量从而在太赫兹波段产生高功率电磁辐射，回旋管可广泛应用在等离子体加热、材料处理、陶瓷烧结、粒子加速、先进雷达等方面。

图1为现有技术基于电子回旋脉塞机制的传统圆柱结构回旋管的结构示意图，主要由磁控式注入电子枪、开放式谐振腔、输出结构、磁体构成，如图1所示，磁控式注入电子枪阴极产生的环形回旋电子注在磁场系统导引下在开放式谐振腔相互作用产生电磁波，并经由输出窗输出，作用后的电子注被收集极收集。该器件的特点是工作频率与磁感应强度和高频结构参数有关，不需要外加激励信号，能够在毫米波产生高功率电磁辐射。然而，如图1所示的传统圆柱结构回旋管在向高频率发展过程中，模式竞争严重，注-波互作用效率大大降低，在1THz输出功率在几个kW量级，远远不能满足应用的需要。

发明内容

为了解决现有技术中上述问题，本公开提供了一种太赫兹带状注回旋管，用于解决以上技术问题中的至少之一。

本公开提供了一种太赫兹带状注回旋管，包括：平面阴极，用于产生带状电子注；导引磁体，用于产生磁场，以使该带状电子注在磁场的z轴方向磁场的作用下沿z轴方向传输；共焦波导结构，用于对带状电子注实现注-波互作用，产生THz电磁辐射；收集极，用于收集俘获进行注-波互作用后的带状电子注；其中，共焦波导结构为横向开敞的共焦波导结构，其包括：相对设置的两个共焦镜面波导，两个共焦镜面波导的焦点位于相对设置的共焦镜面波导上。

进一步地，两个共焦镜面波导两端均设置截止段及输出段，其中，截止段用于抑制所述带状电子注返向传播；输出段用于输出所述注-波互作用后的带状电子注。

进一步地，两个共焦镜面波导均为圆弧段，该圆弧段的圆半径与两个共焦镜面波导的间距相等。

进一步地，截止段与输出段均为锥形波导。

进一步地，两个共焦镜面波导由无氧铜材料构成。

进一步地，截止段及输出段与其相连的共焦镜面波导间的夹角均为1°～5°。

进一步地，两个共焦镜面波导的长度与输出段的长度相等，且大于截止段的长度。

进一步地，两个共焦镜面波导的间距为3mm～6mm。

进一步地，两个共焦镜面波导的宽度为3mm～6mm。

进一步地，控制阳极，用于带状电子注从控制阳极的前方射出。

本公开相比现有技术至少具备以下有益效果：