[发明专利]一种双频段太赫兹波发生装置及方法

权利要求书

1.一种双频段太赫兹波发生装置，其特征在于，包括：发射阴极、收集极和金属光栅；

所述发射阴极和所述收集极设置于所述金属光栅的上方，所述发射阴极能够发出电子束，所述收集极能够接收电子束；

所述金属光栅靠近所述发射阴极和所述收集极的一侧设置有N个第一矩形槽和N个第二矩形槽，所述第一矩形槽和所述第二矩形槽的深度不同，所述第一矩形槽和所述第二矩形槽在所述金属光栅上呈周期性排列；

当所述电子束的工作电压大于所述金属光栅中最大截止工作电压时，能够激发出双频段的表面等离激元，以利用所述电子束和所述表面等离激元的互作用产生太赫兹波；

金属光栅为复合周期金属光栅，复合周期金属光栅结构在深度为H的金属结构中，刻蚀两种不同深度分别为h1和h2的矩形槽C1和C2，其中，h1H，h2H，两种矩形槽的宽度分别为a1和a2，重复周期分别为d1和d2，其中，d1a1，d2a2，复合周期金属光栅结构沿z向在x-z面传输两种不同的人工表面等离激元模式；

当两种开槽深度不相等时，即h1≠h2时，复合周期金属光栅传输两种不同模式的人工等离激元，其等离激元模式的截止频率分别为fc1=c/4h1和fc2=c/4h2，分别由不同开槽深度h1和h2决定，且当h1h2时，复合周期金属光栅支持的人工表面等离激元模式一和二的截止频率分别为fc2=c/4h2和fc1=c/4h1，其中，fc2 fc1，当h1h2时，复合周期金属光栅支持的人工表面等离激元模式一和二的截止频率分别为fc1=c/4h1和fc2=c/4h2，其中，fc2fc1。

2.根据权利要求1所述的双频段太赫兹波发生装置，其特征在于，所述电子束距所述金属光栅靠近所述发射阴极和所述收集极的一侧的表面的高度由激发出的表面等离激元的激发功率确定。

3.根据权利要求1所述的双频段太赫兹波发生装置，其特征在于，所述金属光栅采用理想金属铜或铁制成。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的双频段太赫兹波发生装置，其特征在于，在所述电子束的相速度满足如下关系时，所述电子束的工作电压大于所述金属光栅中最大截止工作电压：

式中，v_e为所述电子束的相速度，f_cmax为所述金属光栅中最大截止频率，k_z为所述金属光栅中最大截止频率对应的归一化波矢，c为自由空间光速，U为所述电子束的工作电压。

5.根据权利要求4所述的双频段太赫兹波发生装置，其特征在于，所述金属光栅中最大截止频率是通过如下方式确定的：

式中，h_min为所述第一矩形槽和所述第二矩形槽中的最小深度。