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1、真空电子学对太赫兹辐射源的可能贡献，大功率THz辐射源刘盛纲电子科技大学由于THz科学技术迅速发展，对于THz辐射源的要求日益增 强，从2000年以来，THz真空电子学有了很快的发展并取得了重要的成果，特 别是在大功率THz辐射源方面。对于远距离成像及非破坏高穿透波谱研究等， 需要可调或宽带瓦级以上功率输出的THz辐射源。太赫兹与物质的非线性作 用，探测物质内部由高功率太赫兹激起的非线性现象需要大功率THz辐射 源.到目前为止，仅真空电子学及等离子体电子学的方法，可以产生高功率太 赫兹辐射。因此，真空电子学在THz辐射源方面可能作出很重要的贡献。但是，存 在一些普遍的问题限制了真空器件（包括迥
2、旋管、绕射辐射器件在内）的工作 频率，主要是阴极、加工等的限制。图1中，给出了真空电子和半导体THz辐 射源发展的比较。由图可见，近几年来真空电子在THz辐射源方面的发展是非 常迅速的。返波管是目前唯一能在（0.5 1. 2） THz提供频率可调，连续波功率输 出（1000 1）砌的器件。纳米速调管的研制已取得一定的进展。并可组成纳米 速调管阵列。预期应用频率范围可达0. 33.0 THz,输出功率大于50mW CW.绕射辐射器件机械调谐频率，在（0.1-1） THz,连续波功率在 0.1瓦到数十瓦。扩展互作用速调管在0.50TGHz,功率可达lw,预期高频率可达ITHz.电子迪旋脉塞（迪旋管
3、）在0.17THz,输出IMw连续波。俄国正在研究ITHz的迥旋管，脉冲输出功率10K肌自由电子激光（FEL）产生THz辐射已成为FEL的一个重要发展方向。基于电子加速器的极高功率太赫兹辐射源。等离子体波尾场的 Cherernkov辐射可在0. 33THz,产生35uJ / pulse的辐射波；真空电子的 Cherenkov尾场辐射可产生MW级THz输出。储存环型THz辐射源由于THz辐射的学术价值和巨大应用前景，美国及欧洲已开始用 储存环来产生THz辐射。这种装置可产生（0.0330） THz辐射，.其亮度可超过现有THz辐射源的9个量级。这么强的THz辐射将对科学研究和国家安全 等方面起重
4、要作用。真空电子THz辐射源的关键技术问题是：（1）需要进一步提高阴极的发射能力和电子光学系统，以提供高电流 密度、高质量的电子束。（2）改善加工技术，最好采用微电子加工技术，以得到尺寸很小的精 密的THz高频系统。纳米速调管将纳米技术、微电子加工技术及电子器件技术融合在一 起，是一个可望有较大贡献的新型器件。纳米速调管的工作频率可能达到（23）THzo电子迪旋脉塞和迪旋管是一种大功率器件，已经在研制ITHz的迥 旋管。进一步提高频率都遇到强磁场的限制。FEL的工作频率没有限制，但FEL的成本高、体积大，只适于用作 THz研究平台。大力研究和发展SmithPurcell型的FEI和简化的台式加
5、速器 型的FEL和是THz FEL的一个重要方向。Cherenkov尾场辐射（等离子体中的或真空电子的）是产生极高功率 THz辐射的一个重要领域，值得加以重视。如果采用高介电常数的介质，如金 刚石或SiC,等，则可大大降低加速器的能量，从而可研制出低能量的高功率 THz辐射源。储存环加速器相干THz辐射，可提供极高亮度的THz辐射，有特殊 的应用价值。可是目前我国仅有2台可同步工作的辐射源。如何安排需要进一 步的探讨。真空电子学在THz辐射源上可能有很重要的贡献。经过几十年的努 力，我国在微波亳米波段真空电子学已有很好的基础，但是在THz波段研究工 作才刚刚起步，与国外的差距很大，不能满足要求。1. Plenary talk, IEEE Int. Conf. On PS, 20032. Physics of Plasmas, 8, 4995, 20013. PRE, 62, 1266, 20004. 2005IRMMW-THz, WB4-4.5. PRL. 88. 2002, 90. 2003； Proc. EPAC 2004)6. PRL,7. PRL,8. PRL,9. SMP,2002.2003.2004.88, 254801,90, 094801, 93, 09480b $S23, 2005.