【摘 要】
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太赫兹（Terahertz,THz）波是指频率在0.1THz～10THz（波长在0.03mm～3mm之间）范围内的电磁波。太赫兹技术是一个非常重要的交叉前沿领域,其应用非常的广泛,如THz时域光谱技术、THz成像技术、安全检查以及生物医学等。近些年来,太赫兹科学技术随着其产生机理、技术检测及应用技术等方面的进步而得到了飞速发展。在太赫兹科学技术中,太赫兹源是所有科学研究与应用的基础,真空电子学是产
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太赫兹（Terahertz,THz）波是指频率在0.1THz～10THz（波长在0.03mm～3mm之间）范围内的电磁波。太赫兹技术是一个非常重要的交叉前沿领域,其应用非常的广泛,如THz时域光谱技术、THz成像技术、安全检查以及生物医学等。近些年来,太赫兹科学技术随着其产生机理、技术检测及应用技术等方面的进步而得到了飞速发展。在太赫兹科学技术中,太赫兹源是所有科学研究与应用的基础,真空电子学是产生太赫兹辐射源的重要的方法之一,而返波管是众多真空电子学器件中的一个分类,它利用慢波结构上的返波与电子注发生相互作用而产生微波振荡,随着当前微加工技术与片上电子注技术的发展,返波管能够在小型化与高功率方面有着更加突出的表现。返波管的高频系统是返波管的主体部分,研究返波管高频系统是研究相应的返波管研究的关键。本文主要研究基于片上电子枪的单光栅结构太赫兹返波管,主要工作如下。首先,理论上分析了注波互作用,调研了返波管国内外进展。然后利用Matlab分别对5k V条件下0.5THz和1k V条件下的1THz的返波管周期长度与槽深进行计算。在施加100A/cm~2的电流密度的条件下分别得到一个峰值功率分别为2.5m W,2.3m W的输出功率。然后进一步利用Magic对影响起振、输出功率和输出频率的一些很难利用理论进行计算的参数进行仿真验证,例如周期数目、电子通道高度、电子通道输出位置、电子注电流密度和电子注厚度。对仿真结果进行分析,讨论其规律,为下一步的仿真设计铺下道路。随着频率的升高,由于趋肤效应在表面粗糙的结构表面引起的损耗是不容忽视的。本文对三种材料的趋肤深度进行计算,并利用python进行建模。同时对表面粗糙度采用方波周期建模,根据调查得到的微加工方法的表面粗糙度来作为理论值来进行理论计算,得出0.5THz与1THz在不同的表面粗糙度表的条件下,实际损耗与理想光滑表面损耗的比值。本文也会对实验做个初步的准备,对目前微加工技术与片上电子注的发展做一定调查,同时根据当前的所能借助的软硬件设备来进行初步的规划实验。
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