【摘 要】
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太赫兹（THz）波是指频率在0.1～10 THz（波长3000～30μm）范围内的电磁波。太赫兹波段能够覆盖许多物质的特征谱,并且可以利用特征谱的特点研究一些基础科学问题。太赫兹波作为一种还未被广泛应用的、潜在应用价值巨大的、具有独特优势和战略意义的电磁波频段,将为科技进步、经济建设、社会治安和国家安全提供有力支持。真空电子器件是一种稳定且能高效率产生电磁波的源器件,具有非常重要的作用。扩展互作用
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太赫兹（THz）波是指频率在0.1～10 THz（波长3000～30μm）范围内的电磁波。太赫兹波段能够覆盖许多物质的特征谱,并且可以利用特征谱的特点研究一些基础科学问题。太赫兹波作为一种还未被广泛应用的、潜在应用价值巨大的、具有独特优势和战略意义的电磁波频段,将为科技进步、经济建设、社会治安和国家安全提供有力支持。真空电子器件是一种稳定且能高效率产生电磁波的源器件,具有非常重要的作用。扩展互作用振荡器（Extended Interaction Oscillator,EIO）是一种能够在太赫兹波段获得大功率和高频率的太赫兹辐射源,在国际上受到特别的重视。太赫兹带宽中有多个大气微波窗口,包括140GHz、220GHz,这两个频率在大气中传播损耗较小,因此可以在较为恶劣的环境中发挥重要的作用。本文针对140GHz窗口进行研究,对太赫兹长短孔扩展互作用振荡器进行了理论与仿真研究,证明了长短孔慢波结构在一定程度上优于传统的矩形扩展互作用器件。具体工作如下:1.为了证明长短孔扩展互作用器件相较于传统矩形扩展互作用器件更具优势,首先进行了EIO的电磁特性理论研究,包括色散特性、注-波互作用过程等,简述了EIO的工作原理特点及其应用。开展了太赫兹扩展互作用振荡器的模拟研究,通过微波仿真软件CST进行冷腔分析,得到高频结构电场分布、频率变化、色散、耦合阻抗、品质因数Q0、S参数等结果,并进行了结果对比,获得了较理想的电磁特性结构参数,加深对高频结构的了解。2.在冷腔分析之后,接下来进行粒子模拟计算。通过粒子模拟软件MAGIC对高频结构进行粒子模拟,分析了该结构最佳的工作电压,并通过输出口大小调节、输出功率,电子注能量调制、频率点、工作电场模式等特点。通过对冷腔分析和粒子模拟仿真,本文实现140GHz电磁波输出功率为203W。比较传统的扩展互作用器件有明显的优势。
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