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极具发展前景的太赫兹回旋管

发布时间:2017/05/16浏览次数:

        在电子科技博物馆的电子元器件单元中,展出了由我校物电学院自主研制的中国第一支220GHz的太赫兹回旋管。




       

        太赫兹回旋管是一种具有重要发展前景的高功率太赫兹源。为了更深刻地了解太赫兹回旋管呢,我们首先需要知道什么叫做太赫兹波。太赫兹波是指频率在0.1—10THz(波长为3000—30μm)范围内的电磁波(1THz=1012Hz)。太赫兹波在电磁波频谱中占有很特殊的位置(如图1所示),其长波段方向与毫米波(亚毫米波)相重合,而在短波段方向与红外线相重合。总之,太赫兹波是一种处于特殊频率范围的波段,介于微波和红外线之间,在天体物理学、材料科学、生物医学、环境科学、光谱与成像技术、信息科学技术等领域有着广泛的技术应用。




在过去相当长的一段时间里,由于缺乏有效的产生和检测方法,人们对THz波段的特性知之甚少,甚至被人们称为电磁波谱中的“THz空隙”。近年来,由于许多方面的应用需求,又进一步加快了太赫兹波技术上网发展。

接着,我们再来了解一些关于回旋管的相关知识和它的发展历程。回旋管是一种能产生高功率微波的真空管,借由加速电子在强大的磁场中做回旋运动,同步、群聚进而产生的毫米电磁波。输出的频率范围约20至250 GHz,波长涵盖的范围从微波至太赫兹波段的边缘。典型的回旋管输出功率范围从几十千瓦至兆瓦都有。回旋管可被设计成脉冲或是连续操作的功率输出。





20世纪50年代末,电子回旋管塞(ECRM)的研究和发展,是微波电子学中的一个重大突破,推动了大类高型高功率毫米波,亚毫米波器件——回旋管的诞生。回旋管可填补传统微波器件和激光器在毫米波和亚毫米波段的缺E1。而在这些回旋管中,回旋器件中发展最为成熟的一种器件,它能在毫米和亚毫米波段产生高效率,高功率的电磁辐射。同时,其波段可发展到太赫兹波领域,这对发展结构简易和可靠的连续太赫兹辐射源有着重要的意义。

 20世纪60年代是回旋振荡管开始蓬勃发展的时期。前苏联的研究小组率先在1960年前后先后建立了回旋震振管的线性和及非线性理论,并在发展了磁控注入枪和开放式谐两项技术后,成功研制出第一个回旋单腔震荡管。

 20世纪90年代,由于化学气相沉积金刚石(CVD)输出窗和其他新技术的使用,回旋震荡管的输出功率和输出脉长度逐步得到提高,国际上回旋管研制的重点主要是用于大型托马克和W7-x仿星受控热核聚变装置的100-170GHz,兆瓦级回旋振荡管,所取得的研究成果主要集中在欧洲,美国,俄罗斯和日本。

我国真空电子器件也有相当好的研究基础,在这方面,电子科技大学的研究工作也已有近30年的历史。220GHz的太赫兹回旋管就是研究成果之一。如果你对太赫兹回旋管感兴趣,欢迎来到电子科技博物馆实地参观。

 

编辑:郝萌  / 审核:骆小燕  / 发布者:胡瀚之

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