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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）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.