電子束激發仿表面電漿波產生太赫茲輻射的研究

《電子束激發仿表面電漿波產生太赫茲輻射的研究》是依託電子科技大學,由張雅鑫擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：電子束激發仿表面電漿波產生太赫茲輻射的研究
• 依託單位：電子科技大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張雅鑫

項目摘要

在太赫茲技術研究工作中，太赫茲輻射源是一個急待解決的問題。到目前為止用光子學和電子學的辦法都未能很好解決太赫茲源問題。因此探索研究運用光子學和電子學相結合的方法產生太赫茲輻射將會對太赫茲科學技術研究工作的發展和套用起到極大的推動作用。仿表面電漿波研究作為近年來飛速發展的交叉領域，不僅在光學而且在微波波段都得到了廣泛的關注及研究。因此將帶電粒子束與仿表面電漿波相結合，研究其互作用過程中的物理現象、機制極有可能成為光學與電子學相結合的一個重要突破點。本項目主要從理論和實驗兩個方面研究基於電子束激發亞波長孔陣列仿表面電漿波並與之互作用產生太赫茲輻射的機理及相關科學問題。首先對仿表面電漿波色散特性、模式分布進行研究；其次，採用線性理論對電子束與仿表面電漿波互作用進行分析，編寫FDTD程式仿真互作用過程，設計出基於該機理可行的太赫茲輻射源並對最佳化的互作用陣列結構進行相應的冷測實驗

結題摘要

青年基金支持下，本課題組分步驟、分層次進行了電子注與陣列仿表面電漿波互作用的研究，完成了電子束與亞波長孔陣列結構互作用線性理論研究；電子基團激發孔陣列產生太赫茲超輻射的輻射理論研究；設計了基於互作用機理上的太赫茲輻射源以及一種新型三反射鏡高次諧波太赫茲輻射源。加工了亞波長孔陣列及新型三反射鏡準光諧振腔並進行了冷腔實驗。通過研究我們得到了以下結論性成果： （1）平板孔陣列上下表面的表面電漿波能有效耦合，加強了表面處場強。圓柱體孔陣列結構內部由於表面電漿波的耦合使得中心處的場大幅增強。這兩種陣列結構由於表面電漿波的存在加強了表面處的場強，十分有利於與電子注相互作用。 （2）電子束可有效的激勵起圓柱、平板陣列結構仿表面電漿波，並且輻射場分布結構與光柵不同，孔與孔之間的耦合增強輻射場場強。在同步條件滿足下，電子束與圓柱或平板陣列結構中仿表面電漿波將出現不穩定性，產生互作用。通過線性理論分析和三維計算機模擬，發現圓柱結構中孔孔耦合大幅提高了互作用效率、降低了起振電流密度；平板結構可有效與雙電子注互作用，提高輸出。 （3）單自由電子基團在平板孔陣列中能激發雙邊衍射輻射，且群聚電子基團能激發相干高次諧波超輻射；基於此輻射機理，結合三反射鏡諧振系統可實現一種有效的高次諧波超輻射太赫茲源。 自2011年獲自然科學基金青年科學基金項目支持以來，申請人在2011-2013年間共發表SCI收錄期刊論文29篇，其中影響因子大於3.5以上的論文共8篇；在國際會議上共進行口頭報告4次，包括2011年11月深圳會議進行邀請報告、2011年9月中英歐太赫茲國際會議口頭報告、2012年9月IRMMW-THz國際會議口頭報告、2013年9月中英歐太赫茲國際會議主題報告。發表在Journal of Physics D的文章第5幅圖被選為當期刊物的封面圖片；發表在Physics Review Letter上的文章被Nature Physics專題評論報導。申請專利3項，獲得專利1項。通過課題的實施，課題組共培養碩士研究生4名，博士研究生1名。 在基金支持下，課題負責人也快速成長，從申請初期青年講師，已成長為副教授、四川省太赫茲科學技術重點實驗室副主任，中國電子學會太赫茲分會秘書長；並在2013年獲得了教育部新世紀優秀人才計畫的支持，2014年入圍四川省傑出青年學術帶頭人計畫評審。