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在太赫茲波的廣闊應(yīng)用前景中，一種“小巧而高效”的器件——太赫茲帶狀注行波管，正成為大功率太赫茲輻射的“利器”。電子科技大學段兆云教授團隊與美國麻省理工學院、北京真空電子技術(shù)研究所、南京三樂集團有限公司、江西理工大學等單位緊密合作，歷經(jīng)十余年不斷探索，在太赫茲帶狀注行波管領(lǐng)域走出了一條創(chuàng)新之路，為中國太赫茲科技自立自強注入強勁動力。

帶狀注產(chǎn)生與傳輸：從“成形”到“穩(wěn)定”的技術(shù)躍升

太赫茲波（頻率0.1-10THz）介于微波與紅外之間，具有高頻率、寬頻帶、高傳輸速率等獨特優(yōu)勢，被譽為“改變未來世界的十大技術(shù)”之一。作為一種新型真空電子器件，太赫茲帶狀注行波管利用帶狀注與慢波結(jié)構(gòu)互作用放大太赫茲波，在深空探測、無損檢測、高速通信、安檢成像等領(lǐng)域需求迫切、應(yīng)用廣泛。

太赫茲帶狀注行波管的“心臟”是“帶狀注”，與傳統(tǒng)圓形注相比，具有大電流優(yōu)勢，能顯著提升器件輸出功率、效率和增益。

“帶狀注就像圓形電子注的‘寬屏版’，能提高電子注的電流，但難于聚焦，其產(chǎn)生和穩(wěn)定傳輸是最大痛點?！倍握自普f，在大電流帶狀注產(chǎn)生方面，團隊針對鈧酸鹽陰極易吸濕、發(fā)射性能衰減的難題，采用聚丙烯酰胺溶膠—凝膠法制備高純度發(fā)射活性物質(zhì)，研發(fā)出一種新型可重復激活的鈧酸鹽陰極?；诖嗽瓌?chuàng)工作，團隊研制出一種帶狀注電子槍樣件。在長達13個月的三次空氣暴露和重復激活循環(huán)測試中，最大發(fā)射電流達189毫安，變化小于5%，展現(xiàn)出卓越的穩(wěn)定性。這一成果發(fā)表于2025年9月出版的《IEEE電子器件快報》，為大功率太赫茲帶狀注行波管從實驗室走向工程應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。

慢波結(jié)構(gòu)創(chuàng)新：從“低損耗”T型交錯雙柵到“高單位增益”超構(gòu)表面

慢波結(jié)構(gòu)是太赫茲帶狀注行波管的“核心”部件，負責減慢電磁波的相速度以便和高能電子注同步，實現(xiàn)高效互作用。段兆云團隊在這一領(lǐng)域雙管齊下，提出了改進型交錯雙柵慢波結(jié)構(gòu)和首次提出全金屬超構(gòu)表面慢波結(jié)構(gòu)。

針對高頻損耗和注通道狹窄的難題，團隊提出一種大通道、低損耗T型交錯雙柵慢波結(jié)構(gòu)，其電子注通道面積較常規(guī)同頻段交錯雙柵慢波結(jié)構(gòu)擴大超過28.5%，單位長度傳輸損耗極低，達到國際先進水平。

為實現(xiàn)緊湊型太赫茲帶狀注行波管，團隊首次提出一種全金屬平板型超構(gòu)表面慢波結(jié)構(gòu)，該設(shè)計兼具高耦合阻抗、雙帶狀注通道和結(jié)構(gòu)簡潔等優(yōu)勢，為提升太赫茲帶狀注行波管的輸出功率和增益開辟了新路徑?！皞鹘y(tǒng)設(shè)計依靠經(jīng)驗和仿真軟件反復迭代，完成太赫茲輸能窗的優(yōu)化需要海量計算?！眻F隊博士生呂志方說，面對輸能窗的設(shè)計瓶頸，團隊還創(chuàng)造性地引入物理信息神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并融合遺傳算法，開發(fā)出一種輸能窗—盒型窗快速優(yōu)化設(shè)計新方法。此方法的時間效率相比傳統(tǒng)方法提高約30倍，這一技術(shù)創(chuàng)新可推廣到其他真空電子器件。