中文摘要：

在太赫兹技术研究工作中，太赫兹辐射源是一个急待解决的问题。到目前为止用光子学和电子学的办法都未能很好解决太赫兹源问题。因此探索研究运用光子学和电子学相结合的方法产生太赫兹辐射将会对太赫兹科学技术研究工作的发展和应用起到极大的推动作用。仿表面等离子体波研究作为近年来飞速发展的交叉领域，不仅在光学而且在微波波段都得到了广泛的关注及研究。因此将带电粒子束与仿表面等离子体波相结合，研究其互作用过程中的物理现象、机制极有可能成为光学与电子学相结合的一个重要突破点。本项目主要从理论和实验两个方面研究基于电子束激发亚波长孔阵列仿表面等离子体波并与之互作用产生太赫兹辐射的机理及相关科学问题。首先对仿表面等离子体波色散特性、模式分布进行研究；其次，采用线性理论对电子束与仿表面等离子体波互作用进行分析，编写FDTD程序仿真互作用过程，设计出基于该机理可行的太赫兹辐射源并对优化的互作用阵列结构进行相应的冷测实验

结论摘要：

青年基金支持下，本课题组分步骤、分层次进行了电子注与阵列仿表面等离子体波互作用的研究，完成了电子束与亚波长孔阵列结构互作用线性理论研究；电子基团激发孔阵列产生太赫兹超辐射的辐射理论研究；设计了基于互作用机理上的太赫兹辐射源以及一种新型三反射镜高次谐波太赫兹辐射源。加工了亚波长孔阵列及新型三反射镜准光谐振腔并进行了冷腔实验。通过研究我们得到了以下结论性成果（1）平板孔阵列上下表面的表面等离子体波能有效耦合，加强了表面处场强。圆柱体孔阵列结构内部由于表面等离子体波的耦合使得中心处的场大幅增强。这两种阵列结构由于表面等离子体波的存在加强了表面处的场强，十分有利于与电子注相互作用。（2）电子束可有效的激励起圆柱、平板阵列结构仿表面等离子体波，并且辐射场分布结构与光栅不同，孔与孔之间的耦合增强辐射场场强。在同步条件满足下，电子束与圆柱或平板阵列结构中仿表面等离子体波将出现不稳定性，产生互作用。通过线性理论分析和三维计算机模拟，发现圆柱结构中孔孔耦合大幅提高了互作用效率、降低了起振电流密度；平板结构可有效与双电子注互作用，提高输出。（3）单自由电子基团在平板孔阵列中能激发双边衍射辐射，且群聚电子基团能激发相干高次谐波超辐射；基于此辐射机理，结合三反射镜谐振系统可实现一种有效的高次谐波超辐射太赫兹源。自2011年获自然科学基金青年科学基金项目支持以来，申请人在2011-2013年间共发表SCI收录期刊论文29篇，其中影响因子大于3.5以上的论文共8篇；在国际会议上共进行口头报告4次，包括2011年11月深圳会议进行邀请报告、2011年9月中英欧太赫兹国际会议口头报告、2012年9月IRMMW-THz国际会议口头报告、2013年9月中英欧太赫兹国际会议主题报告。发表在Journal of Physics D的文章第5幅图被选为当期刊物的封面图片；发表在Physics Review Letter上的文章被Nature Physics专题评论报道。申请专利3项，获得专利1项。通过课题的实施，课题组共培养硕士研究生4名，博士研究生1名。在基金支持下，课题负责人也快速成长，从申请初期青年讲师，已成长为副教授、四川省太赫兹科学技术重点实验室副主任，中国电子学会太赫兹分会秘书长；并在2013年获得了教育部新世纪优秀人才计划的支持，2014年入围四川省杰出青年学术带头人计划评审。