本书主要阐述真空电子学太赫兹源基本原理及相关技术，内容分为两部分共九章：第一部分是第1章至第7章，主要阐述太赫兹史密斯-珀塞尔辐射源、超短电子束团的太赫兹辐射源、行波管、返波管、扩展互作用速调管、回旋管的基本原理，以及新型太赫兹辐射源的方法和相关研制成果、实验等，在此基础上，阐述了太赫兹源的基本应用。第二部分是第8章和第9章太赫兹真空电子器件相关技术，主要是阴极技术和微纳加工技术，分别介绍太赫兹阴极高发射机理及太赫兹微纳结构制备方法。

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XXX小型化太赫兹源研究, 二等奖, 部委级, 2017 排名第一

目录
第1章 太赫兹波的基本特性 1
1.1 引言 1
1.2 太赫兹波的特性 1
1.3 太赫兹波的应用 3
1.3.1 太赫兹时域光谱技术 3
1.3.2 太赫兹成像技术 3
1.3.3 太赫兹无线通信 7
1.3.4 其他应用 8
1.4 太赫兹辐射源技术 8
1.4.1 简介 8
1.4.2 低功率真空电子学太赫兹源 8
1.4.3 大尺寸高功率真空电子学太赫兹源 19
参考文献 24
第2章 太赫兹史密斯--珀塞尔辐射源 28
2.1 引言 28
2.1.1 简介 28
2.1.2 史密斯–珀塞尔辐射基本原理 28
2.2 电子束团史密斯–珀塞尔辐射 29
2.2.1 简介 29
2.2.2 单电子束团辐射能量特征 30
2.2.3 辐射效率因子 31
2.2.4 电子束团的史密斯–珀塞尔辐射特性分析 34
2.2.5 超短电子团产生史密斯–珀塞尔辐射的PIC模拟分析 43
2.3 有限厚度电子注在任意光栅形状中的色散方程 49
2.3.1 物理模型 49
2.3.2 任意光栅形状的色散方程 49
2.4 任意形状深槽光栅的色散方程 62
2.4.1 理论模型 62
2.4.2 色散特性分析 72
2.5 双电子注太赫兹史密斯–珀塞尔辐射 74
2.5.1 物理模型 74
2.5.2 光栅各个区域的场 76
2.5.3 色散方程 77
2.5.4 太赫兹波段双电子注史密斯–珀塞尔器件的色散特性 79
2.5.5 太赫兹波段双电子注史密斯–珀塞尔辐射特性 80
2.6 介质加载史密斯–珀塞尔光栅的二维理论 87
2.6.1 二维物理模型与色散方程的推导.87
2.6.2 介质加载光栅的二维色散方程.87
2.6.3 增长率求解 90
2.6.4 介质加载光栅的色散特性分析.93
2.6.5 介质填充周期光栅的史密斯–珀塞尔辐射模拟分析 97
2.6.6 小结 100
2.7 介质加载史密斯–珀塞尔光栅的三维理论 100
2.7.1 三维物理模型与色散方程 100
2.7.2 三维情况下一阶与二阶增长率的比较.104
2.7.3 介质加载光栅的色散特性分析 107
2.7.4 小结 112
2.8 太赫兹史密斯–珀塞尔实验系统设计 112
2.8.1 简介 112
2.8.2 太赫兹波频率测量 M-P 干涉仪 112
2.8.3 实验参数 114
2.8.4 实验装置 115
参考文献 116
第3章 超短电子束团的太赫兹辐射源 118
3.1 引言 118
3.2 相干渡越辐射的基本原理 118
3.2.1 基本理论 118
3.2.2 渡越辐射的太赫兹能量 124
3.2.3 渡越辐射的太赫兹波辐射特征 127
3.3 有限尺寸束靶相干渡越的太赫兹波辐射 133
3.3.1 有限尺寸束靶的物理模型 133
3.3.2 有限尺寸束靶产生CTR的辐射特征 138
3.4 超短电子束团产生的太赫兹辐射 145
3.4.1 加速后超短电子束团产生太赫兹辐射的理论分析 145
3.4.2 加速后超短电子束团的动力学特性 147
3.4.3 超短电子束团产生 CTR 的太赫兹辐射 156
3.5 超短电子束团的太赫兹自由电子激光 166
3.5.1 简介 166
3.5.2 基本原理 168
3.5.3 自由电子激光的线性理论 171
3.5.4 太赫兹自由电子激光 178
3.5.5 太赫兹自由电子激光的应用 182
参考文献 183
第4章 太赫兹折叠波导行波管 187
4.1 引言 187
4.1.1 行波管发展历史 187
4.1.2 行波管工作原理 191
4.1.3 主要参量 193
4.2 行波管互作用方程 194
4.2.1 电路理论 194
4.2.2 电子学理论 197
4.2.3 特征方程 197
4.2.4 忽略截止模的纵向场求解 198
4.3 太赫兹折叠波导行波管线性理论 200
4.3.1 简介 200
4.3.2 折叠波导简单电路 201
4.3.3 折叠波导等效电路 204
4.3.4 折叠波导高频特性理论计算 209
4.4 太赫兹折叠波导行波管非线性理论 211
4.4.1 简介 211
4.4.2 折叠波导行波放大器的非线性理论 212
4.4.3 空间电荷场求解 217
4.4.4 电子运动方程 218
4.4.5 电子对波的反作用 219
4.4.6 初始化条件 220
4.4.7 理论与仿真结果的对比 221
4.5 双电子注折叠波导行波管线性理论 226
4.5.1 简介 226
4.5.2 双注折叠波导行波管的小信号理论 227
4.5.3 双注折叠波导行波管的传输特性 232
4.5.4 双注折叠波导的模式与电场研究 235
4.5.5 TE10模双注折叠波导行波放大器的注–波互作用模拟 237
4.5.6 TE20模双注折叠波导行波放大器的注–波互作用模拟 239
4.5.7 级联TE20模双注折叠波导行波放大器的注–波互作用模拟 243
4.6 双注折叠波导行波管注–波互作用非线性理论 246
4.6.1 基本假设及物理模型的建立 246
4.6.2 高频场方程求解 247
4.6.3 空间电荷场求解 249
4.6.4 电子运动方程 250
4.6.5 电子对波的反作用 251
4.6.6 初始化条件 253
4.6.7 理论与仿真结果的对比 253
4.7 相速渐变折叠波导行波管 260
4.7.1 相速渐变折叠波导的理论分析 260
4.7.2 直波导相速渐变折叠波导的设计 262
4.7.3 介质加载渐变折叠波导的设计方法 269
4.8 返波激励行波放大的级联折叠波导管 275
4.8.1 FW-BWO激励的FW-TWT放大器的设计 275
4.8.2 粒子模拟研究 277
4.9 太赫兹空间行波管 279
4.9.1 简介 279
4.9.2 基本结构 279
4.9.3 太赫兹行波管理论设计 280
4.9.4 空间行波管制造工艺 292
4.9.5 太赫兹行波管结构设计 293
4.9.6 太赫兹空间行波管热分析 297
4.9.7 太赫兹空间行波管测试 300
4.9.8 级联太赫兹行波管测试 301
参考文献 303
第5章 太赫兹返波管 307
5.1 引言 307
5.1.1 返波管发展历史 307
5.1.2 返波管工作原理 310
5.2 返波管互作用方程 310
5.2.1 电子学方程 311
5.2.2 电路方程 312
5.2.3 注–波互作用方程 313
5.2.4 起振条件 316
5.2.5 考虑空间电荷效应的起振条件 317
5.2.6 振荡水平以下的特征 319
5.3 平板矩形光栅太赫兹返波管 319
5.3.1 物理模型 320
5.3.2 平板矩形波导光栅的“冷”色散方程 320
5.3.3 单电子注嵌入矩形光栅返波管注–波互作用分析 321
5.3.4 嵌入式圆形双电子注矩形栅的太赫兹返波管 346
5.4 单电子注折叠波导太赫兹返波管 350
5.4.1 折叠波导高频结构的色散特性 350
5.4.2 折叠波导太赫兹返波振荡器的输出特性 351
5.5 双电子注折叠波导太赫兹返波管 353
5.5.1 简介 353
5.5.2 双注折叠波导慢波结构的色散特性 353
5.5.3 双注折叠波导慢波结构的耦合阻抗 377
5.5.4 双注折叠波导慢波结构的损耗 380
5.6 太赫兹返波管设计 383
5.6.1 电子枪设计 383
5.6.2 永磁聚焦系统设计 385
5.6.3 高频系统 388
5.6.4 输能窗设计 389
5.6.5 收集极 390
5.6.6 0.5THz返波管整管结构 390
5.7 小结 391
参考文献 391
第6章 太赫兹扩展互作用速调管 394
6.1 引言 394
6.1.1 太赫兹扩展互作用速调管简介 394
6.1.2 太赫兹互作用速调管发展现状 395
6.2 太赫兹扩展互作用速调管的设计方法 399
6.2.1 传统速调管的基本原理 399
6.2.2 扩展互作用速调管基本原理 402
6.2.3 太赫兹扩展互作用速调管高频系统设 408
6.3 太赫兹扩展互作用速调管的应用 424
6.3.1 空间应用 424
6.3.2 动态核极化–核磁共振谱仪 425
6.3.3 主动拒止系统与反恐 426
6.3.4 EIK在其他方面的应用 426
参考文献 427
第7章 太赫兹回旋管 430
7.1 引言 430
7.1.1 回旋管分类 430
7.1.2 太赫兹回旋管发展现状 433
7.2 太赫兹回旋管振荡器436
7.2.1 简介 436
7.2.2 回旋管振荡器基本原理 437
7.2.3 太赫兹回旋振荡器的设计 448
7.3 太赫兹回旋管放大器456
7.3.1 放大器基本原理 456
7.3.2 回旋放大器的互作用电路分析 456
7.3.3 色散关系 464
7.3.4 放大器中振荡抑制方法 467
7.3.5 一种超高增益方案 468
7.3.6 谐波倍增放大 468
7.3.7 小结 469
7.4 太赫兹回旋管的应用470
7.4.1 简介 470
7.4.2 在磁约束核聚变中的应用 470
7.4.3 在DNP-NMR中的应用 471
7.4.4 在无损检测中的应用 474
7.4.5 在军事中的应用 476
参考文献 477
第8章 太赫兹真空电子器件阴极技术 484
8.1 太赫兹真空电子器件对阴极性能的要求 484
8.2 高电流密度电子注可选用的阴极 485
8.3 含钪阴极研究发展历程 487
8.3.1 钪酸盐阴极 487
8.3.2 混合基含钪扩散型阴极 487
8.3.3 “顶层”型含钪扩散型阴极 488
8.3.4 氧化钪掺杂钨基亚微米结构含钪扩散阴极 489
8.4 亚微米结构含钪阴极 490
8.4.1 氧化钪掺杂钨基体 490
8.4.2 基体表面特性 493
8.4.3 阴极发射盐 494
8.4.4 浸渍型含钪扩散阴极的表征 497
8.4.5 阴极脉冲特性 498
8.5 电子束阴极 506
8.5.1 镀膜刻蚀阴极的电子束分析 507
8.5.2 微加工遮挡层阴极的电子束分析 508
8.5.3 矩形电子束源的寿命 512
8.6 阴极的表面元素分析和发射机理 513
8.6.1 激活后阴极表面分析 513
8.6.2 阴极表面活性元素抗离子轰击能力研究 515
8.6.3 阴极发射机理探讨 516
8.6.4 阴极发射性能变化 519
8.6.5 寿命过程中阴极的表面活性层变化 522
8.6.6 半导体模型修正的电子发射模型计算 526
参考文献 533
第9章 太赫兹真空电子器件微高频系统制备技术 536
9.1 引言 536
9.2 太赫兹微结构制备方法简介 536
9.2.1 简介 536
9.2.2 光学曝光技术 537
9.2.3 刻蚀技术简介 545
9.2.4 聚焦离子束技术 549
9.2.5 薄膜制造技术 551
9.3 太赫兹光栅高频结构制备 551
9.3.1 简介 551
9.3.2 X-LIGA工艺路线 552
9.3.3 测试结果与分析 555
9.4 太赫兹折叠波导高频结构制备 556
9.4.1 简介 556
9.4.2 折叠波导制备方法 557
9.4.3 折叠波导制备的关键工艺 560
9.4.4 测试结果与分析 564
9.5 太赫兹正弦波导高频结构制备 565
9.5.1 简介 565
9.5.2 1.0THz行波管正弦高频结构的制备 567
9.5.3 测试结果与分析 572
参考文献 574