[发明专利]一种双频段太赫兹波发生装置及方法

说明书

本发明涉及一种双频段太赫兹波发生装置及方法。该装置包括：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。本发明提供的方案能够实现双频段太赫兹波的高效率激发，也具有宽频带工作的优势。

技术领域

本发明涉及太赫兹波技术领域，尤其涉及一种双频段太赫兹波发生装置及方法。

背景技术

表面等离激元(Surface plasmon polaritons,SPP)是一种存在于金属与介质分界面上的特殊的光学模式，但是随着频率下移到太赫兹和微波波段，由于金属的类理想导体性质，表面等离激元在均匀金属表面局附性变得很差。而通过在金属表面周期性的开槽或者打孔，表面等离激元的局附性变强，并且其等效渐进频率可以通过周期性的结构参数进行任意调整，因此又称为人工表面等离激元。

近年来，周期金属结构的人工表面等离激元因其优异的电磁特性如强近场耦合、亚波长局附性和增强物质-光的相互作用在太赫兹集成波导、耦合器、功分器、慢光系统及太赫兹辐射器等领域具有广阔的应用前景。

特别地，通过外加光源或者电子束与周期金属光栅的表面等离激元互作用产生的太赫兹波得到了广泛关注，比如亚波长周期金属光栅的太赫兹切伦科夫激光(S.Kim,I.Baek,R.Bhattacharya,et al.,Adv.Opt.Mater.,2018,1800041)，基于红外激光的周期金属光栅太赫兹发生装置(M.Fang,K.Niu,Z.Huang,et al.,Opt.Express,2018,26(11),14241-14250),基于电子束激发周期金属光栅的太赫兹辐射源(Y.Liu,L.Kong,C.Du,etal.,IEEE Trans.Plasma Sci.,2016,44(6),930-937)(J.Zhu,C.Du,L.Bao,et al.,NewJ.Phys.,2019,21,033021)。

但是，以上提到的太赫兹发生装置通过红外激光注入的转换效率较低，而通过电子束激发的自由激光产生太赫兹辐射所需的电子束阈值较大，并且所采用的周期金属结构为单一的深度，表面等离激元只能工作在单一的频带，因此产生的太赫兹辐射也为单一频带工作，带宽相对较窄。

发明内容

本发明提供了一种双频段太赫兹波发生装置及方法，以实现双频段太赫兹波的高效率激发，也具有宽频带工作的优势。

第一方面，本发明实施例提供了一种双频段太赫兹波发生装置，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。

在一种可能的设计中，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。

在一种可能的设计中，所述金属光栅采用理想金属铜或铁制成。