本發(fā)明涉及太赫茲(THz)電磁波源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超材料太赫茲振蕩器及其控制方法。

背景技術(shù)：

超材料(Metamaterials)，即人造結(jié)構(gòu)的材料，又稱為左手材料(Left-hand materials)，是一類自然界中不曾存在的特殊材料。由于其特殊的構(gòu)造，超材料對電磁波的響應(yīng)特性往往表現(xiàn)為異于常規(guī)的材料，如金屬、介質(zhì)。自然界中常見材料的介電常數(shù)ε和導(dǎo)磁系數(shù)μ均是大于零的實數(shù)(ε>0，μ>0)，因此其支持的電磁波只能是處于傳播狀態(tài)，即雙正煤質(zhì)。而超材料的介電常數(shù)和導(dǎo)磁系數(shù)有一項必須為負數(shù)，即存在單負的超材料(介電常數(shù)為負或?qū)Т畔禂?shù)為負，即ε<0，μ>0或ε>0，μ<0)，其支持的電磁波只能是消逝波；也存在介電常數(shù)和導(dǎo)磁系數(shù)同時為負的超材料，即雙負的超材料(ε<0，μ<0)，其支持的電磁波同時為傳播波和消逝波。從理論上說，超材料的等效電磁特性(以等效折射系數(shù)表征)可以設(shè)計為任意頻率上的任意值，也包括目前自然界中不存在的材料(常規(guī)材料的ε>0，μ>0)，因此被稱為“超”(意為“meta”或“beyond”)材料。從結(jié)構(gòu)上看，超材料一般包含一系列的周期金屬諧振單元排列在介質(zhì)中，其尺寸與電磁波的波長之比為幾十分之一或更小，即結(jié)構(gòu)為亞波長量級。最初研究這種復(fù)合型的材料要追溯到19世紀90年代末，Pendry等(J.B.Pendry,A.J.Holden,D.J.Robbins and W.J.Stewart,J.Phys.Condens.Matter,10,4785,1998)研究了周期性的導(dǎo)電線陣列的電磁波相應(yīng)，發(fā)現(xiàn)這種構(gòu)造材料的響應(yīng)類似于具有很高電荷密度的等離子體，并且其等效的等離子體頻率處在吉赫茲量級。由于這種復(fù)合材料的等效介電常數(shù)在等離子體頻率以下均為負數(shù)，因此也開啟了人們研究異常煤質(zhì)的序幕。隨后另一種具有負等效導(dǎo)磁系數(shù)的結(jié)構(gòu)也被提出(J.B.Pendry,A.J.Holden,D.J.Robbins and W.J.Stewart,IEEE Trans.Micro.Theory Tech.,47,2075,1999)，這種結(jié)構(gòu)是由一系列的分離諧振環(huán)(Split-ring resonators,SRRs)組成，對電磁波具有磁響應(yīng)特性(負介電常數(shù)具有等離子體響應(yīng)特性)。盡管具有負等效介電常數(shù)或?qū)Т畔禂?shù)的復(fù)合材料被研究，但是超材料這一概念還沒有正式被提出。直到2001年，Walser(R.W.Walser,in Proc.SPIE,4467,1,2001)正式提出了超材料(Metamaterials)這一概念，用以代指一類那些自然界中不存在的且對電磁波的響應(yīng)具有不同于一般煤質(zhì)兩個及以上特性的復(fù)合材料。之后，第三種超材料結(jié)構(gòu)被提出，即同時具有負介電常數(shù)和負導(dǎo)磁系數(shù)的電的LC諧振器(LC-resonator,ELC)。實際上，在理論上研究同時具有負介電常數(shù)和負導(dǎo)磁系數(shù)的煤質(zhì)的電動特性很早就已存在(V.D.Veselago,Sov.Phys.Uspekhi,10,509,1968),但是直到2000年，這種復(fù)合煤質(zhì)才在實驗上得到了證實(D.R.Smith,W.J.Padilla,D.C.Vier,S.C.Nemat-Nasser and S.Schultz,Phys.Rev.Lett.,84,4148,2000)。目前對超材料結(jié)構(gòu)的研究均是基于這三種基本類型的復(fù)合材料或者其變型結(jié)構(gòu)的研究。調(diào)節(jié)超材料的電的或磁的響應(yīng)特性，其能夠在給定的頻率下實現(xiàn)雙負折射，這使得在自然界中常見的現(xiàn)象表現(xiàn)異常而引起了研究者極大的興趣，且成為超材料領(lǐng)域研究的核心。除了以上提到的超材料能夠使得已有的一些電磁現(xiàn)象發(fā)生逆轉(zhuǎn)，比如在超材料中會出現(xiàn)反常多普勒(Doppler effect)、反常切倫科夫輻射(Cherenkov radiation)、反斯涅耳定律(Snell’s law)。其他的一些新奇現(xiàn)象如完美棱鏡(當折射率為-1)、打破衍射極限的超棱鏡、電磁黑洞、幻覺器件等等也得益于超材料。

由于超材料能夠極大地增強對電磁波的操控能力，且能出現(xiàn)一些異于常規(guī)材料的新奇現(xiàn)象，在太赫茲波段超材料也得到了廣泛的關(guān)注和研究。目前在太赫茲波段(對應(yīng)頻率范圍0.1THz～10THz，1THz＝10¹²Hz)的超材料結(jié)構(gòu)主要也對應(yīng)三種：一種是具有負介電常數(shù)的超材料，主要是以支持類表面等離子體激元(Spoof Surface Plasmon,SSP)的周期開槽的金屬結(jié)構(gòu)為代表，比如周期性的金屬絲線陣列，周期金屬光柵等等；第二種是具有負導(dǎo)磁系數(shù)的超材料，主要以分離諧振環(huán)SRRs為代表的超表面結(jié)構(gòu)；第三種則是同時具有負介電常數(shù)和負導(dǎo)磁系數(shù)的超材料，以SRRs和金屬線相結(jié)合的結(jié)構(gòu)為代表。超材料對發(fā)展一些新穎的太赫茲器件和系統(tǒng)也提供了很好的平臺，如高速調(diào)制器、寬帶濾波器、平面極化器、吸收器等等。太赫茲科學(xué)與技術(shù)是目前科學(xué)技術(shù)發(fā)展的前沿與熱點，由于太赫茲波能夠展現(xiàn)出微波和光波所不具有的一些特性，在高速通信、生物醫(yī)學(xué)成像、無損探測、基礎(chǔ)科學(xué)研究等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。太赫茲源是太赫茲科學(xué)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵，尤其是高功率、高效率、寬帶性和緊湊型的太赫茲源能夠極大地擴展太赫茲的應(yīng)用范圍，推動太赫茲相關(guān)產(chǎn)業(yè)快速走向應(yīng)用。針對不同的應(yīng)用需求，尋找合適的太赫茲源具有重要的意義。目前太赫茲源主要有三種：一種是基于光子學(xué)的太赫茲輻射源，這種太赫茲源是發(fā)展最早也是最為成熟的一種，以光電導(dǎo)天線和光整流為主要代表。產(chǎn)生的太赫茲波主要依賴于非線性煤質(zhì)，泵浦激光持續(xù)時間和能量。由于其依賴于光學(xué)非線性效應(yīng)，因此其產(chǎn)生的功率一般在微瓦或毫瓦量級，效率比較低；第二種是基于半導(dǎo)體的固態(tài)太赫茲源，其工作原理是基于半導(dǎo)體材料中粒子束的翻轉(zhuǎn)。這種太赫茲源的主要優(yōu)點是小巧，其頻率調(diào)諧范圍依賴于半導(dǎo)體材料，以量子級聯(lián)激光器為主要代表，目前量子級聯(lián)激光器能夠工作在1THz以上，功率突破了瓦級。但是量子級聯(lián)激光器工作在低溫環(huán)境，因此大大限制了其應(yīng)用范圍。第三種是基于自由電子束的真空電子學(xué)源，其工作原理是基于處于減速相位的自由電子束轉(zhuǎn)換能量給電磁波從而獲得高功率的太赫茲源。目前在太赫茲波段輸出功率最大的器件為真空電子器件，回旋管和自由電子激光在太赫茲能達到上千瓦量級的輸出，但是回旋管往往依賴于外部磁場，自由電子激光依賴于外圍裝置如加速器等等，因此這兩種大功率的器件難以發(fā)展成為緊湊型的太赫茲源。而其他線性器件如返波振蕩器、速調(diào)管、行波管等等往往具有緊湊型的特點，但是工作頻率增大到太赫茲后，由于其具有縮尺效應(yīng)，器件的尺寸往往很小，因此熱容量有限，輸出功率難以達到瓦級。而其他基于自由電子束的太赫茲輻射源，如史密斯-帕賽爾輻射(Smith-Purcell radiation)(Y.Shin,J.So,K.Jang,J.Won,A.Srivastava and G.Park,Appl.Phys.Lett.,90,031502,2007)、切倫科夫輻射(Cherenkov radiation)(J.So,J.Won,M.A.Sattorov,S.Bak,K.Jang,G.Park,D.S.Kim and F.J.Garcia-Vidal,Appl.Phys.Lett.,97,151107,2010)和衍射輻射(Diffraction radiation)(S.Liu,M.Hu,Y.Zhang,Y.Li and R.Zhong,Phys.Rev.B,80,036602,2009)能夠工作在太赫茲波段，但是其需要的電子束能量很高，且輻射效率較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對目前太赫茲波源的發(fā)展現(xiàn)狀，本發(fā)明提出了一種超材料結(jié)構(gòu)的太赫茲波振蕩器，利用超材料結(jié)構(gòu)的一些獨特技術(shù)優(yōu)勢，比如支持的SSP模式的近場增強效應(yīng)、低損耗和超大折射率等等，并且能夠結(jié)合現(xiàn)有真空電子器件中自由電子束激發(fā)電磁波具有的大功率和高效率優(yōu)勢，在亞波長的超材料結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生太赫茲波，具有緊湊型的特點。

本發(fā)明的一個目的在于提出一種超材料結(jié)構(gòu)以及超材料太赫茲振蕩器。

本發(fā)明的超材料結(jié)構(gòu)包括：周期性的亞波長的金屬縫陣列；金屬縫沿z軸排列，在y軸方向的厚度遠大于xz平面的尺度，所激發(fā)的類表面等離子體激元SSP模式在y軸厚度方向的電磁場分布均勻，因此不考慮厚度方向，金屬縫陣列為矩形平面結(jié)構(gòu)；通過調(diào)節(jié)金屬縫陣列的結(jié)構(gòu)參數(shù)改變超材料結(jié)構(gòu)的等效折射系數(shù)。

結(jié)構(gòu)參數(shù)包括金屬縫的深度H、金屬縫陣列的排列周期P和縫隙的寬度W；其中，0<H<300μm，0<P<300μm，0<W<P。

金屬縫的厚度d≥10λ，λ為超材料結(jié)構(gòu)所激發(fā)的SSP模式截止頻率所對應(yīng)的波長，所激發(fā)的SSP模式的截止頻率所對應(yīng)的波長即為SSP基波模式的最小波長值。

在太赫茲波段常見的金屬如銅、金類似于理想導(dǎo)體，雖然引起金屬表面自由電子振蕩和歐姆損耗相比于光學(xué)波段較弱，從而具有低損耗的特點，但是電磁波的局附效應(yīng)較弱。

進一步，本發(fā)明的超材料結(jié)構(gòu)可根據(jù)需要在金屬縫陣列的縫隙之間填充電介質(zhì)，如玻璃、陶瓷，相比于現(xiàn)有的超材料結(jié)構(gòu)，能夠使得電磁波的局附效應(yīng)更加明顯，因此也能進一步增強電子束和電磁波的互作用；并且，為調(diào)控電磁波增加了一個新的維度，在相同的結(jié)構(gòu)參數(shù)下增加填充介質(zhì)介電常數(shù)可進一步增大超材料結(jié)構(gòu)的等效折射系數(shù)?？梢栽O(shè)計超材料結(jié)構(gòu)得到很大折射率的互作用結(jié)構(gòu)，相比于現(xiàn)有的真空電子器件該發(fā)明的超材料太赫茲振蕩器所需電子束的工作電壓可以很低，因此也具有低電壓工作的特點。

本發(fā)明的超材料太赫茲振蕩器包括：超材料結(jié)構(gòu)、電子槍、漂移腔、能量提取結(jié)構(gòu)、收集極和磁聚焦系統(tǒng)；其中，超材料結(jié)構(gòu)作為互作用結(jié)構(gòu)，采用周期性的亞波長的金屬縫陣列；在超材料結(jié)構(gòu)的一端設(shè)置電子槍，發(fā)射電子束沿著超材料結(jié)構(gòu)的表面?zhèn)鞑ィ诔牧辖Y(jié)構(gòu)的末端的表面對著電子束的路徑設(shè)置依次連接的漂移腔、能量提取結(jié)構(gòu)和收集極，漂移腔為矩形波導(dǎo)，能量提取結(jié)構(gòu)為一個輸出腔；在超材料結(jié)構(gòu)和漂移腔段之外設(shè)置磁聚焦系統(tǒng)；電子槍發(fā)射均勻電子束，電子束沿著超材料結(jié)構(gòu)的表面沿z軸傳播，感應(yīng)出SSP模式的電磁場；在滿足電子束與超材料結(jié)構(gòu)表面SSP模式色散相匹配時，感應(yīng)出的SSP模式的軸向電場反過來與電子束相互作用，使得電子束發(fā)生速度調(diào)制，進入漂移腔；漂移腔引導(dǎo)經(jīng)過速度調(diào)制的電子束進一步形成密度調(diào)制，進而使得均勻發(fā)射的電子束形成密度調(diào)制，進入能量提取裝置；能量提取裝置作為一個輸出腔，感應(yīng)經(jīng)過密度調(diào)制的電子束產(chǎn)生電場，將超材料太赫茲振蕩器產(chǎn)生的SSP模式電磁波輸出進入其他應(yīng)用系統(tǒng)；經(jīng)過漂移腔和能量提取裝置之后的電子束被設(shè)置在最末端的收集極所收集；在超材料結(jié)構(gòu)和漂移腔段之外設(shè)置的磁聚焦系統(tǒng)，使得電子束不會發(fā)生離散，從而使得電子束與SSP模式相互作用能持續(xù)和有效地進行。

本發(fā)明的超材料太赫茲振蕩器，根據(jù)需要在超材料結(jié)構(gòu)的上表面和下表面同時設(shè)置電子槍，發(fā)射電子束，在超材料結(jié)構(gòu)的兩個表面激發(fā)出SSP模式的電磁波并與之互作用，因此相比于現(xiàn)有的單電子束互作用的超材料太赫茲振蕩器，本發(fā)明的超材料太赫茲振蕩器能夠大大提高輸出功率。分別設(shè)置在上表面和下表面的電子槍發(fā)射出電子束分別沿著超材料結(jié)構(gòu)的上表面和下表面?zhèn)鞑ィ诔牧辖Y(jié)構(gòu)末端的上表面和下表面正對著的電子束的路徑，分別對稱設(shè)置漂移腔、能量提取裝置、磁聚焦系統(tǒng)和收集極。

漂移腔的長度根據(jù)電子束與超材料結(jié)構(gòu)SSP模式互作用強弱而定。當兩者互作用很強時，漂移腔長度應(yīng)適當短一些，反之其長度應(yīng)當長一些；漂移腔的另外一個目的是將在超材料結(jié)構(gòu)表面所激發(fā)出的SSP模式引導(dǎo)進入能量提取裝置。能量提取裝置同時起一個電場感應(yīng)和能量輸出的作用。由于在整個過程中電子束交出能量只有一部分給電磁波，還有一部分最后打到收集極中耗散掉，故在實際中為了提高整個太赫茲振蕩器的總效率可設(shè)置具有降壓作用的收集極，收集極施加一個減速場，降低收集級的電壓，收集電子的能量交給電源，使打到降壓收集極上的電子產(chǎn)生的能量大大較小，節(jié)約能源，提高總效率。

本發(fā)明的超材料太赫茲振蕩器也可根據(jù)需要，漂移腔和能量提取裝置分別為一個單獨的裝置，或者漂移腔和能量提取裝置合并為一個整體，或者漂移腔設(shè)置為矩形波導(dǎo)和另一段超材料結(jié)構(gòu)的級聯(lián)腔，從而與能量提取裝置形成矩形波導(dǎo)-超材料結(jié)構(gòu)-能量提取裝置的三段式的互作用結(jié)構(gòu)。當電子束經(jīng)過漂移腔和能量提取裝置之后被設(shè)置在末端的收集極所收集。

本發(fā)明的超材料太赫茲波振蕩器采用的超材料結(jié)構(gòu)可根據(jù)需要，電子束激發(fā)兩種不同的SSP模式，包括對稱的SSP模式和反對稱的SSP模式。通過調(diào)整電子束的能量，使得電子束的色散曲線與超材料結(jié)構(gòu)所激發(fā)的SSP模式的色散曲線相匹配，匹配點即為互作用點。如果電子束的色散曲線與對稱的SSP模式的色散曲線相匹配，則激發(fā)出對稱的SSP模式；如果電子束的色散曲線與反對稱的SSP模式的色散曲線相匹配，則激發(fā)出反對稱的SSP模式。所激發(fā)的SSP模式的截止等離子體頻率f_c(SSP基波模式的最大頻率值)由金屬縫陣列的深度H決定。對于對稱的SSP模式，截止等離子體頻率為f_c＝c/H，c是真空中的光速，對于反對稱的SSP模式，截止等離子體頻率為f_c＝2c/H。另外，若在金屬縫陣列之間填充介電常數(shù)為ε的電介質(zhì)，則對稱的SSP模式的截止等離子體頻率為反對稱的SSP模式的截止等離子體頻率為而在超材料結(jié)構(gòu)上所激發(fā)的對稱和反對稱的SSP基波模式的截止傳播波矢k_zc(截止等離子體頻率所對應(yīng)的傳播波矢)則由金屬縫陣列的周期決定，即k_zc＝2π/P。本發(fā)明的超材料太赫茲波振蕩器采用的超材料結(jié)構(gòu)可以映射為等效折射率為n＝P/W(0<W<P)的平板介質(zhì)，等效的平板介質(zhì)的厚度則為H/n，因此本發(fā)明的超材料太赫茲振蕩器的超材料結(jié)構(gòu)的等效折射系數(shù)理論上可以無限大，相對應(yīng)的被電子束所激發(fā)的SSP模式的相速度v_p＝c/n可以很小，對應(yīng)的電子束電壓可以極低，因此本發(fā)明的超材料太赫茲振蕩器具有低電壓工作的優(yōu)勢。

本發(fā)明的另一個目的在于提出一種超材料太赫茲振蕩器的控制方法。

本發(fā)明的超材料太赫茲振蕩器的控制方法，包括以下步驟：

1)電子槍發(fā)射均勻電子束，電子束沿著超材料結(jié)構(gòu)的表面沿z軸傳播，感應(yīng)出SSP模式的電磁場；

2)在滿足電子束與超材料結(jié)構(gòu)表面SSP模式色散相匹配時，感應(yīng)出的SSP模式的軸向電場反過來與電子束相互作用，使得電子束發(fā)生速度調(diào)制，進入漂移腔；

3)漂移腔引導(dǎo)經(jīng)過速度調(diào)制的電子束進一步形成密度調(diào)制，進而使得均勻發(fā)射的電子束形成密度調(diào)制；

4)密度調(diào)制后的電子束進入能量提取裝置，能量提取裝置感應(yīng)經(jīng)過密度調(diào)制的電子束產(chǎn)生電場，將超材料太赫茲振蕩器產(chǎn)生的太赫茲波輸出進入其他應(yīng)用系統(tǒng)；

5)經(jīng)過漂移腔和能量提取裝置之后的電子束被設(shè)置在最末端的收集極所收集；

6)在超材料結(jié)構(gòu)和漂移腔段之外設(shè)置的磁聚焦系統(tǒng)，使得電子束不會發(fā)生離散，從而使得電子束與SSP模式相互作用能持續(xù)和有效地進行。

本發(fā)明的優(yōu)點：

本發(fā)明的超材料太赫茲振蕩器相比于其他超材料結(jié)構(gòu)的太赫茲輻射源如史密斯-帕賽爾輻射(Smith-Purcell radiation)、切倫科夫輻射(Cherenkov radiation)和衍射輻射(Diffraction radiation)，其產(chǎn)生的太赫茲波不會輻射進入外部自由空間，也不會輻射進入超材料結(jié)構(gòu)內(nèi)部，因此整個裝置的結(jié)構(gòu)尺寸較小，具有緊湊型的優(yōu)勢；另外，由于產(chǎn)生的太赫茲波局附在超材料結(jié)構(gòu)的表面，且在互作用結(jié)束后所需的能量提取裝置較為簡單，比以上其他提到的太赫茲輻射源的輸出能量提取更加便捷。

本發(fā)明的超材料太赫茲振蕩器以超材料結(jié)構(gòu)中的SSP模式為互作用媒介，能夠充分利用SSP模式的近場增強效應(yīng)，因而相比于目前其他在超材料結(jié)構(gòu)中的太赫茲輻射源能夠極大地提高互作用效率，且具有緊湊型的優(yōu)點；并且采用電介質(zhì)填充超材料結(jié)構(gòu)，在目前已有超材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上能夠增加對電磁波的調(diào)控維度，并且能進一步增大超材料結(jié)構(gòu)的等效折射率；采用超材料結(jié)構(gòu)設(shè)計太赫茲振蕩器能夠充分發(fā)揮超材料的技術(shù)優(yōu)勢，能夠根據(jù)超材料結(jié)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計在任意太赫茲頻率獲得任意值的等效折射率，這為器件的低電壓工作提供了極大地便利；再者，在超材料結(jié)構(gòu)上表面和下表面同時發(fā)射電子束，能夠進一步提高互作用效率和輸出功率；同時，由于在太赫茲波段，常見金屬的介電常數(shù)的虛部遠遠小于實部，相比于光學(xué)波段，其支持的SSP模式的衰減較小，因此本發(fā)明的超材料太赫茲振蕩器也具有低損耗的特點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的超材料結(jié)構(gòu)的剖面圖；

圖2為本發(fā)明的超材料太赫茲振蕩器的剖面圖；

圖3為本發(fā)明的超材料太赫茲振蕩器的的色散曲線匹配圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，通過具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明的超材料結(jié)構(gòu)包括：周期性的亞波長的金屬縫陣列；金屬縫沿z軸排列，在y軸方向的厚度遠大于xz平面的尺度，所激發(fā)的類表面等離子體激元SSP模式在y軸厚度方向的電磁場分布均勻，因此不考慮厚度方向，金屬縫陣列為矩形平面結(jié)構(gòu)；在金屬縫陣列的縫隙中填充電介質(zhì)玻璃；通過調(diào)節(jié)金屬縫陣列的結(jié)構(gòu)參數(shù)改變超材料結(jié)構(gòu)的等效折射系數(shù)。結(jié)構(gòu)參數(shù)包括金屬縫的深度H、金屬縫陣列的排列周期P、縫隙的寬度W和電介質(zhì)ε。本實施例中，H＝132μm、P＝30μm、W＝15μm和ε＝3.92。若不填充，ε＝1。金屬縫的厚度d＝10cm。

如圖2所示，本實施例的超材料太赫茲振蕩器包括：超材料結(jié)構(gòu)6、電子槍1和1’、漂移腔4和4’、能量提取結(jié)構(gòu)5和5’、收集極7和7’和磁聚焦系統(tǒng)3；其中，超材料結(jié)構(gòu)的一端的上下表面各設(shè)置電子槍1和1’，在超材料結(jié)構(gòu)的上表面和下表面分別發(fā)射電子束2和2’，在超材料結(jié)構(gòu)的末端上表面和下表面正對著電子束的路徑，分別對稱設(shè)置漂移腔4和4’、能量提取結(jié)構(gòu)5和5’和收集極7和7’；在超材料結(jié)構(gòu)和漂移腔段之外設(shè)置的磁聚焦系統(tǒng)3。超材料結(jié)構(gòu)可以映射為等效折射率為n＝P/W的平板介質(zhì)，等效介質(zhì)的厚度則為H/n，因此控制金屬縫的寬度能夠調(diào)整改變超材料結(jié)構(gòu)的等效折射系數(shù)。

圖3具體給出了本發(fā)明超材料太赫茲振蕩器的實施原理圖，超材料結(jié)構(gòu)所支持的SSP模式的色散曲線，較粗的曲線為對稱的SSP模式的色散曲線，較細的曲線為反對稱的SSP模式的色散曲線。由于超材料結(jié)構(gòu)所支持的SSP模式均是沿著金屬表面?zhèn)鞑ゲ惠椛?，因此其色散均處于光錐線以下。電子束的色散關(guān)系以傾斜的細直線表示，當滿足電子束與SSP模式的色散曲線匹配時，電子束與超材料結(jié)構(gòu)能夠有效地互作用，互作用點以圓圈表示。在具體計算中，超材料結(jié)構(gòu)參數(shù)為ε＝1，H＝132μm，P＝30μm，W＝15μm。同時色散曲線圖右上側(cè)和右下側(cè)也分別給出了該超材料結(jié)構(gòu)支持的反對稱(1.5THz)和對稱(1.0THz)的SSP模式的軸向電場分布圖。

最后需要注意的是，公布實施例的目的在于幫助進一步理解本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于實施例所公開的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護的范圍以權(quán)利要求書界定的范圍為準。