专利摘要

本发明提供了一种相干电磁辐射产生系统及方法，金属板上至少具有第一亚波长孔阵列，第一亚波长孔阵列至少包括沿第一方向、第二方向阵列排布的多个矩形孔，电子注产生装置产生沿特定方向运动的薄片状的电子注，并使电子注从第一亚波长孔阵列上掠过，形成在三维空间特定方向上的相干电磁辐射。由于矩形孔的尺寸在毫米量级至微米量级范围内，因此，亚波长孔阵列可以应用在毫米波频段及太赫兹波频段内，并产生在三维空间特定方向上的相干电磁辐射，从而提供了一种在毫米波频段及太赫兹波频段内的亚波长阵列的新的应用方式。

权利要求

1.一种相干电磁辐射产生系统，其特征在于，包括：

金属板，所述金属板上至少具有第一亚波长孔阵列，所述第一亚波长孔阵列包括沿第一方向、第二方向阵列排布的多个矩形孔，所述第一方向与所述第二方向垂直，所述矩形孔为贯穿所述金属板的通孔，且所述矩形孔的尺寸在毫米量级至微米量级范围内；

电子注产生装置，用于产生沿某一方向运动的薄片状的电子注，并使所述电子注从所述金属板上的亚波长孔阵列上掠过，形成在三维空间特定方向上的相干电磁辐射。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电子注的运动方向与所述第一方向之间具有一夹角，所述相干电磁辐射的辐射方向由所述夹角的大小决定的。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述矩形孔的长度和宽度之比在10～20的范围内；所述矩形孔的高度大于所述宽度的1倍、小于所述长度的2倍。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述矩形孔在所述第一方向上的间距与所述矩形孔的宽度之比在10～20的范围内；

所述矩形孔在所述第二方向上的间距与所述矩形孔在所述第一方向上的间距之比在1.2～2的范围内。

5.根据权利要求1～4任一项所述的系统，其特征在于，所述金属板上还具有第二亚波长孔阵列和第三亚波长孔阵列；

所述第二亚波长孔阵列包括沿第三方向、第四方向排列的多个矩形孔，所述第三方向与所述第一方向和所述第二方向的夹角都等于45°，所述第四方向与所述第三方向垂直；

所述第三亚波长孔阵列包括沿第五方向、第六方向排列的多个矩形孔，所述第五方向与所述第一方向平行，所述第六方向与所述第二方向平行。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一亚波长孔阵列中的多个矩形孔与所述第三亚波长阵列中的多个矩形孔围成多个矩形区域，所述第二亚波长阵列中的多个矩形孔分别位于所述多个矩形区域内，且所述矩形区域内的矩形孔位于所述矩形区域的一条对角线上。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电子注产生装置包括阴极和电子注加速器；

所述阴极为横截面为矩形的阴极，所述阴极用于产生薄片状的电子注；

所述电子注加速器用于对所述电子注加速，以使所述电子注沿某一方向运动。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述金属板为金属圆盘。

9.一种相干电磁辐射产生方法，其特征在于，应用于权利要求1～8任一项所述的相干电磁辐射产生系统，包括：

提供金属板，所述金属板上具有第一亚波长孔阵列，所述第一亚波长孔阵列包括沿第一方向、第二方向阵列排布的多个矩形孔，所述第一方向与所述第二方向垂直，所述矩形孔为贯穿所述金属板的通孔，且所述矩形孔的尺寸在毫米量级至微米量级范围内；

利用电子注产生装置产生沿特定方向运动的薄片状的电子注，并使所述电子注从所述金属板上的亚波长孔阵列上掠过，形成在三维空间特定方向上的相干电磁辐射。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

改变所述特定方向与所述第一方向的夹角大小，以改变所述相干电磁辐射的辐射方向。

说明书

技术领域

本发明涉及电磁学技术领域，更具体地说，涉及一种相干电磁辐射产生系统及方法。

背景技术

近年来，金属薄膜上的亚波长孔阵列的异常光透射现象引起了人们的广泛关注。由于金属薄膜上的亚波长孔阵列可以在亚波长尺度范围内对光的偏振(极化)和传播方向进行有效调控，因此，已经成为现代纳米光学和亚波长光学的核心元件。

现有技术中关于金属薄膜上的亚波长孔阵列的研究大多集中在可见光频段，在可见光频段金属薄膜上的亚波长孔阵列的异常光透射现象主要归因于金属的表面等离激元。但是，在金属的表面等离激元的效应并不显著的毫米波频段及太赫兹波频段，金属薄膜上的亚波长孔阵列的应用鲜少被研究。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种相干电磁辐射产生系统及方法，以提供一种应用在毫米波频段及太赫兹波频段的亚波长阵列，并通过该亚波长阵列产生相干电磁辐射。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种相干电磁辐射产生系统，包括：

金属板，所述金属板上至少具有第一亚波长孔阵列，所述第一亚波长孔阵列包括沿第一方向、第二方向阵列排布的多个矩形孔，所述第一方向与所述第二方向垂直，所述矩形孔为贯穿所述金属板的通孔，且所述矩形孔的尺寸在毫米量级至微米量级范围内；

电子注产生装置，用于产生沿某一方向运动的薄片状的电子注，并使所述电子注从所述金属板上的亚波长孔阵列上掠过，形成在三维空间特定方向上的相干电磁辐射。

可选地，所述电子注的运动方向与所述第一方向之间具有一夹角，所述相干电磁辐射的辐射方向由所述夹角的大小决定的。

可选地，所述矩形孔的长度和宽度之比在10～20的范围内；所述矩形孔的高度大于所述宽度的1倍、小于所述长度的2倍。

可选地，所述矩形孔在所述第一方向上的间距与所述矩形孔的宽度之比在10～20的范围内；

所述矩形孔在所述第二方向上的间距与所述矩形孔在所述第一方向上的间距之比在1.2～2的范围内。

可选地，所述金属板上还具有第二亚波长孔阵列和第三亚波长孔阵列；

所述第二亚波长孔阵列包括沿第三方向、第四方向排列的多个矩形孔，所述第三方向与所述第一方向和所述第二方向的夹角都等于45°，所述第四方向与所述第三方向垂直；

所述第三亚波长孔阵列包括沿第五方向、第六方向排列的多个矩形孔，所述第五方向与所述第一方向平行，所述第六方向与所述第二方向平行。

可选地，所述第一亚波长孔阵列中的多个矩形孔与所述第三亚波长阵列中的多个矩形孔围成多个矩形区域，所述第二亚波长阵列中的多个矩形孔分别位于所述多个矩形区域内，且所述矩形区域内的矩形孔位于所述矩形区域的一条对角线上。

可选地，所述电子注产生装置包括阴极和电子注加速器；

所述阴极为横截面为矩形的阴极，所述阴极用于产生薄片状的电子注；

所述电子注加速器用于对所述电子注加速，以使所述电子注沿某一方向运动。

可选地，所述金属板为金属圆盘。

一种相干电磁辐射产生方法，应用于如上任一项所述的相干电磁辐射产生系统，包括：

提供金属板，所述金属板上具有第一亚波长孔阵列，所述第一亚波长孔阵列包括沿第一方向、第二方向阵列排布的多个矩形孔，所述第一方向与所述第二方向垂直，所述矩形孔为贯穿所述金属板的通孔，且所述矩形孔的尺寸在毫米量级至微米量级范围内；

利用电子注产生装置产生沿特定方向运动的薄片状的电子注，并使所述电子注从所述金属板上的亚波长孔阵列上掠过，形成在三维空间特定方向上的相干电磁辐射。

可选地，还包括：

改变所述特定方向与所述第一方向的夹角大小，以改变所述相干电磁辐射的辐射方向。

与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：

本发明所提供的相干电磁辐射产生系统及方法，金属板上至少具有第一亚波长孔阵列，第一亚波长孔阵列至少包括沿第一方向、第二方向阵列排布的多个矩形孔，电子注产生装置产生沿特定方向运动的薄片状的电子注，并使电子注从第一亚波长孔阵列上掠过，形成在三维空间特定方向上的相干电磁辐射。由于矩形孔的尺寸在毫米量级至微米量级范围内，因此，亚波长孔阵列可以应用在毫米波频段及太赫兹波频段内，并产生在三维空间特定方向上的相干电磁辐射，从而提供了一种在毫米波频段及太赫兹波频段内的亚波长阵列的新的应用方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种相干电磁辐射产生系统的结构示意图；

图2为图1所示的相干电磁辐射产生系统中的金属板沿AA’切割线的剖面结构示意图；

图3为图1所示的相干电磁辐射产生系统中的金属板旋转后的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种相干电磁辐射产生系统的结构示意图；

图5为图1所示的相干电磁辐射产生系统仿真得到的电磁辐射频谱图；

图6为本发明实施例提供的一种相干电磁辐射产生方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种相干电磁辐射产生系统，这里的相干电磁辐射是指具有相干性的电磁辐射，该相干电磁辐射产生系统包括金属板1和电子注产生装置。

如图1所示，金属板1上至少具有第一亚波长孔阵列，该第一亚波长孔阵列包括沿第一方向A1、第二方向A1阵列排布的多个矩形孔10，第一方向A1和第二方向A2垂直，该矩形孔10为贯穿金属板1的通孔，且矩形孔10的尺寸在毫米量级至微米量级范围内，因此，该第一亚波长孔阵列可以应用在毫米波频段及太赫兹波频段内。

需要说明的是，本实施例中的金属板1为圆形的金属板即金属圆盘，但是，本发明并不仅限于此，在其他实施例中金属板1还可以是五边形、六边形等形状的金属板。

本实施例中，矩形孔10的长度L1是指矩形孔10与第二方向A2平行的一个侧边的长度，矩形孔10的宽度K1是指矩形孔10与第一方向A1平行的一个侧边的长度，如图2所示，矩形孔10的高度D1是指矩形孔10与金属板1垂直的一个侧边的长度，即矩形孔10的深度。

其中，矩形孔10的长度L1和宽度K1之比较大，且宽度K1远远小于该矩形孔10辐射出的电磁波的典型波长。可选地，矩形孔10的长度L1和宽度K1之比在10～20的范围内；矩形孔10的高度D1大于宽度K1的1倍、小于长度L1的2倍。进一步地，矩形孔10在第一方向A1上的间距S1与矩形孔10的宽度K1之比在10～20的范围内；矩形孔10在第二方向A2上的间距S2与矩形孔10在第一方向A1上的间距S1之比在1.2～2的范围内。

本实施例中，电子注产生装置包括阴极和电子注加速器；阴极为横截面为扁平的矩形的阴极，阴极用于产生薄片状的电子注2；电子注加速器用于对电子注2加速，以使电子注沿某一方向运动。需要说明的是，电子注2的长度L2约等于金属圆盘的直径，即等于第一亚波长孔阵列在第二方向A2上的长度。

当电子注2沿第一方向A1从第一亚波长孔阵列上掠过时，在各个矩形孔10中激发一系列特定的谐振模式，并辐射到金属板1的上方，这些辐射在特定方向上产生相干，形成在三维空间特定方向上的相干电磁辐射。

其中，电子注2的运动方向B1与第一方向A1之间可以具有一夹角α1、与第二方向A2之间具有一夹角α2，通过旋转金属圆盘或亚波长孔阵列，可以改变夹角α1的大小，即改变电子注2的运动方向B1与第一方向A1的夹角，进而可以改变相干电磁辐射的辐射方向。也就是说，相干电磁辐射的辐射方向由夹角α1的大小决定的。

当电子注2的运动方向B1与第一方向A1平行(即金属圆盘没有旋转)时，如图1所示，辐射场的相干条件为：

其中，L为矩形孔10在第一方向A1上的周期，ve为电子注2沿第一方向A1运动的速度，c为真空中的光速，n为整数，θ0为电磁辐射的辐射方向与电子注2运动方向B1的夹角。此时，辐射方向将集中在垂直于金属板1的剖面，在平行于金属板1的平面没有辐射。

当金属圆盘沿中心线旋转角度为α1时，如图3所示，沿第一方向A1的相干条件为：

其中，θ1为电磁辐射的辐射方向与第一方向A1的夹角，m为整数。

沿第二方向A2的相干条件为：

其中，α2＝90°-α1,θ2为电磁辐射的辐射方向与第一方向A1的夹角，p为整数。当第一方向A1和第二方向A2的相干条件，即公式(2)和公式(3)都满足时，电磁波在空间将产生相干。此时辐射场将偏向电子注B运动的横向。

由此可知，电磁辐射的辐射方向将随旋转角度α1的改变而改变。也就是说，通过旋转金属圆盘可以实现对辐射方向在三维空间的实时调控。

但是，电磁辐射的辐射强度会随着旋转角度α1的增大而逐渐降低，当旋转角度α1为30度时，辐射强度降低约一半。这是由于当矩形孔10的短边与电子注2的运动方向B1不相同时，矩形孔10中激励的场强会减小，近似于cosα1的关系减小，因此，当α1从0度增加到90度时，矩形孔10中激励的场强将从最大逐渐减小到0，导致辐射强度的降低。

基于此，如图4所示，本发明的另一实施例提供的金属板1还具有第二亚波长孔阵列和第三亚波长孔阵列。

第二亚波长孔阵列包括沿第三方向A3、第四方向A4排列的多个矩形孔10，第三方向A3与第一方向A1和第二方向A2的夹角都等于45°，第四方向A4与第三方向A3垂直。第三亚波长孔阵列包括沿第五方向A5、第六方向A6排列的多个矩形孔10，第五方向A5与第一方向A1平行，第六方向A6与第二方向A2平行，第五方向A5与第六方向A6垂直。

需要说明的是，第一亚波长孔阵列中的矩形孔10的长侧边均沿第二方向A2延伸、第二亚波长孔阵列中的矩形孔10的长侧边均沿第三方向A3延伸、第三亚波长孔阵列中的矩形孔10的长侧边均沿第五方向A5延伸。

具体地，第一亚波长孔阵列中的多个矩形孔10与第三亚波长阵列中的多个矩形孔10围成多个矩形区域C，第二亚波长阵列中的多个矩形孔10分别位于多个矩形区域C内，其中，一个矩形区域C内具有一个矩形孔10，且矩形区域C内的矩形孔10位于该矩形区域C的一条对角线上。基于此，当圆盘旋转角度从0度增加到90度时，第一亚波长孔阵列、第二亚波长孔阵列、第三亚波长孔阵列将依次被激励，形成空间的相干辐射，且辐射强度不随旋转角度增大而减小。

在本发明的一个具体实施方式中，相干电磁辐射产生系统的结构如图1所示，金属板1的厚度为0.6mm；矩形孔10长度L1为0.5mm，宽度K1为0.05mm，第一亚波长孔阵列沿矩形孔10的宽度K1方向的间距为0.55mm，即S1为0.55mm，第一亚波长孔阵列沿矩形孔10的长度L1方向的间距为0.7mm，即S2为0.7mm；电子注加速器的电压为100千伏。图5为仿真得到的电磁辐射频谱图，结果显示得到了两个较强的相干电磁辐射。

在本发明的一个具体实施方式中，相干电磁辐射产生系统的结构如图4所示，金属板1的厚度为0.6mm；矩形孔10长度L1为0.5mm，宽度K1为0.05mm，第一亚波长孔阵列沿矩形孔10的宽度K1方向的间距为0.55mm，即S1为0.55mm，第一亚波长孔阵列沿矩形孔10的长度L1方向的间距为0.7mm，即S2为0.7mm；电子注加速器的电压为100千伏。

本发明实施例所提供的相干电磁辐射产生系统，金属板上至少具有第一亚波长孔阵列，第一亚波长孔阵列至少包括沿第一方向、第二方向阵列排布的多个矩形孔，电子注产生装置产生沿特定方向运动的薄片状的电子注，并使电子注从第一亚波长孔阵列上掠过，形成在三维空间特定方向上的相干电磁辐射。由于矩形孔的尺寸在毫米量级至微米量级范围内，因此，亚波长孔阵列可以应用在毫米波频段及太赫兹波频段内，并产生在三维空间特定方向上的相干电磁辐射，从而提供了一种在毫米波频段及太赫兹波频段内的亚波长阵列的新的应用方式。

本发明实施例还提供了一种相干电磁辐射产生方法，应用于如上任一项所述的相干电磁辐射产生系统，如图6所示，包括：

S101：提供金属板，金属板上至少具有第一亚波长孔阵列，第一亚波长孔阵列包括沿第一方向、第二方向阵列排布的多个矩形孔，第一方向与第二方向垂直，矩形孔为贯穿金属板的通孔，且矩形孔的尺寸在毫米量级至微米量级范围内；

S102：利用电子注产生装置产生沿特定方向运动的薄片状的电子注，并使电子注从金属板上的亚波长孔阵列上掠过，形成在三维空间特定方向上的相干电磁辐射。

进一步地，还包括：

改变所述特定方向与所述第一方向的夹角大小，以改变所述相干电磁辐射的辐射方向。

下面对相干电磁辐射的产生方法进行说明。

先提供图1或图4所示的金属板，然后利用电子注产生装置产生沿特定方向运动的薄片状的电子注，当电子注沿第一方向从亚波长孔阵列上掠过时，在各个矩形孔中激发一系列特定的谐振模式，并辐射到金属板的上方，这些辐射在特定方向上产生相干，形成在三维空间特定方向上的相干电磁辐射。其中，通过旋转金属圆盘或亚波长孔阵列，可以改变夹角的大小，即改变电子注的运动方向与第一方向的夹角，进而可以改变相干电磁辐射的辐射方向。

本发明实施例所提供的相干电磁辐射产生方法，金属板上至少具有第一亚波长孔阵列，第一亚波长孔阵列至少包括沿第一方向、第二方向阵列排布的多个矩形孔，电子注产生装置产生沿特定方向运动的薄片状的电子注，并使电子注从第一亚波长孔阵列上掠过，形成在三维空间特定方向上的相干电磁辐射。由于矩形孔的尺寸在毫米量级至微米量级范围内，因此，亚波长孔阵列可以应用在毫米波频段及太赫兹波频段内，并产生在三维空间特定方向上的相干电磁辐射，从而提供了一种在毫米波频段及太赫兹波频段内的亚波长阵列的新的应用方式。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

一种相干电磁辐射产生系统及方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。