【摘 要】
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太赫兹（Terahertz,THz）波一般来说是指波长范围大约在0.03毫米到3毫米内,频率大约在0.1太赫兹到10太赫兹内的电磁波,又可以称为亚毫米波、太赫兹电磁波、T射线。由于在电磁波频率谱中的位置在毫米波与远红外之间,太赫兹波不仅透射能力高、能量低,而且具有瞬态特性、吸水特性以及相干特性等独特的物理属性,因此在通信、雷达、食品安全、公共安全等领域有重要应用成果和前景。太赫兹辐射源的发展是太赫
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太赫兹（Terahertz,THz）波一般来说是指波长范围大约在0.03毫米到3毫米内,频率大约在0.1太赫兹到10太赫兹内的电磁波,又可以称为亚毫米波、太赫兹电磁波、T射线。由于在电磁波频率谱中的位置在毫米波与远红外之间,太赫兹波不仅透射能力高、能量低,而且具有瞬态特性、吸水特性以及相干特性等独特的物理属性,因此在通信、雷达、食品安全、公共安全等领域有重要应用成果和前景。太赫兹辐射源的发展是太赫兹科学技术领域发展的关键。目前产生太赫兹波的方法有电子学方法与光子学方法,虽然每类辐射源都取得了巨大的进步,但还是存在着一些问题。因此本文提出利用超材料孔槽结构和光栅结构实现太赫兹小型化真空电子学辐射源,即基于超材料的Smith-Purcell太赫兹辐射源。本文利用CST对超材料孔槽结构进行设计与分析,探讨其冷腔透射与反射特性、热腔谐振特性,然后在光栅上方放置超材料孔槽结构,在电子注的激励下,探究其Smith-Purcell辐射的特点,最终利用调节孔槽结构的几何参数实现Smith-Purcell辐射的调制与增强。具体内容如下:（1）超材料孔槽结构的设计基于现有超材料结构,设计可放置于光栅上方并具有特定频率响应的结构,在CST微波工作室探究其冷腔特性,优化槽长、槽宽、厚度等几何参数,实现谐振频率的调节,与光栅实现频率匹配。（2）栅槽结构的设计及辐射特性研究通过调节和优化孔槽结构的参数,在单个bunch高斯电子注激励下实现与光栅Smith-Purcell负一次或负二次谐波辐射的频率匹配,形成栅槽结构,从而实现频率可控的特定辐射角度的增强。（3）栅槽结构的Smith-Purcell辐射特性的优化与实验设计（a）基于前面的仿真与设计,在多个bunch高斯电子注的激励下,研究栅槽结构的Smith-Purcell辐射特性,与边墙光栅的超辐射进行效率对比,并对栅槽结构进行优化,从而尽可能提高辐射效率。（b）根据前期设计,考虑实验中的因素,进行简单的实验设计,从而为后续研究者提供思路和方法。
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