在電磁波譜上，太赫茲（THz）波段介于電子學的微波波段與光學的紅外波段之間，有學者定義其頻率范圍為（波長3mm―3nm）2‘31.由于該波段所處的特殊電磁波譜的位置，其性質表現出一系列不同于其他電磁放射的特殊性，從而使太赫茲放射成像技術及時域光譜技術在安全檢查、反隱身高精度雷達、軍事通訊、工業無損檢測、空間物理和天文學、環境檢測、化學分析、生物醫學、網絡通信等領域具有廣闊的應用前景。目前，各國學者給予THz技術研究以大大的的關注，形成了一個研究高潮。美國、歐洲和日本尤為重視，日本在未來十年科技戰略規劃中將其列為十項重大關鍵技術131. THz技術的核心是放射源和探測器技術的發展。THz放射源的研究方向集中在兩個方面：一方面是將光子學特別是激光技術向低頻延伸，包括THz氣體激光器、超短激光脈沖光電導天線和光整流、非線性差頻過程（DFG）和參量振蕩器w，其特點是可以產生方向性和相干性都很好的THz波，但輸出功率小，適合產生ITHz以上頻率的THz波。另一方面是將電子學方法向高頻延伸，包括真空電子器件、電子回旋脈塞、自由電子激光（FEL）、Cherenkov放射、儲存環同步放射、基于半導體技術的THz量子級聯激光器等。在各種THz放射源中，FEL具有高功率、率、波長在大范圍內連續可調、波束質量好、光脈沖時間結構精細而且可調等突出優點，是目前可以獲得zui高輸出功率的方法。

　　FEL從70年代開始就受到一些國家的重視，但是發展并不順利，主要原因是FEL對電子束的品質要求太高，一般來說，要求能散度在0.5%以內，歸一化發射度在5min.mrad左右。普通電子直線加速器不可能穩定提供這樣高品質的束流，所以直到上世紀90年代，世界上沒有出現大功率的FEL.1995年以后，美國efferson），旨在探索小型化、可移動的FEL-THz源的實現方法。

　　采用獨立調諧雙腔熱陰極微波電子槍（ITC-RFGun）和等梯度行波加速管。采取對稱輸入耦合器和以同軸吸收負載取代輸出耦合器的加速結構，使場*對稱，克服了常規加速管輸入、輸出耦合器中場的不對稱性對束流發射度的影響。同時，因不需外接吸收負載而使加速結構得到簡化，從而減少了加速器的橫向尺寸，有利聚焦線圈的安裝和檢修。電子束經加速管加速到5―10MeV，通過90°偏轉磁鐵1進入波蕩器，與光學諧振腔內的光場和波蕩器的磁場相互作用，產生1一3THz放射波。光學諧振腔由兩個反射鏡組成，一個鏡子的位置可調。60°偏轉鐵2將束流引入束流垃圾箱。微波功率源由2856MHz微波信號源、固態放大器、20MW速調管以及調制器、波導系統（功分器，移相、衰減器等）等組成?？焖偈髯儔浩鳎‵CT）用于電荷量的測量，OTR和條紋相機用于測量束團長度。

　　2獨立調諧微波電子槍ITC-RF電子槍由兩個腔組成，*腔為陰極腔，引出束流，第二腔為加速腔（如所示）。兩個腔獨立饋入不同大小和相位的微波功率，利用速度聚束效應獲得亞皮秒級束流61.通過初步摸擬計算，采用ITC-RF電子槍，在不需要　　表1 ITC-RF電子槍的主要參數物理量數值工作頻率/MHz*腔zui高場第二腔zui高場陰極直徑/mm束團長度/ps束流能量/MeV歸一化束流發射度/（mm.mrad）能散度/rms總腔長/cm 3波蕩器波蕩器設計的主要目標是控制磁場峰值的均方根誤差，使得磁場垂直分量的一次積分和二次積分盡可能小，以控制電子束的方向偏移和位置偏移。針對小型THz源的要求，采用了混合型永磁結構，周期長度5cm，周期數25，偏轉參數X=1.0.基于解析模型和經驗選擇了波蕩器參數，使用TOSCA程序針對其端部結構進行了三維分析與優化。優化后的一次積分小于O.OlGs.m，二次積分為0.005Gs.m2.通過對電子軌跡的數值跟蹤，得出電子束在屏蔽出口400mm處位置偏移小于0.021111，方向偏移0.05111土4光學諧振腔采用孔耦合輸出穩定球面腔結構，腔鏡由鍍金的銅鏡組成。利用FEL―維仿真軟件FELO仿真了所設計的FEL-THz源性能。FELO模擬開始于散射噪聲，可以模擬不同的電子脈沖電流分布、腔長失諧和電子束團之間的時間抖動對FEL振蕩的影響71.'光腔的主要設計參數為：腔長2.1008m，腔鏡曲率半徑1.4223m，瑞利長度0.625m，腔鏡反射率95%.仿真結果如所示，在經過了約400次回程后，光脈沖峰值強度和光脈沖能量呈指數迅速增長，約1000次回程后進入穩定區，此時，能夠獲得穩定的光脈沖輸出。

　　不同反射率下光脈沖能量隨回程數的變化為了使該FEL-THz源能達到較高的光腔增益和穩定的功率輸出，需對參數進行優化設計。我們綜合考慮了不同腔鏡反射率、不同發射度和不同能散度對FEL輸出光脈沖能量的影響。反射率的影響如所示，當反射率為85%和90%時，系統不能起振；反射率為98%時，系統可以起振，輸出的光脈沖能量在很小的范圍內波動，基本可以達到穩定輸出；反射率為95%時，系統可達到穩定的飽和輸出，為*的腔鏡反射率。不同發射度的仿真結果表明，當發射度分別為5，10，15mm.mrad時，對光脈沖能量的穩定輸出影響不是很大。不同能散度的仿真結果表明，電子束能散度越小，輸出的光脈沖能量越大，且更容易達到飽和輸出。

　　5結論本文給出了一種小型FEL-THz源的設計方案。采用ITC-RF電子槍、對稱輸入耦合器和同軸吸收負載代替輸出耦合器的加速結構，減小了系統尺寸。通過初步仿真計算，ITC-RF電子槍能夠達到所需的束流品質，波蕩器的磁場的一次積分和二次積分滿足要求，光學諧振腔能夠獲得穩定THz光脈沖輸出，為小型化FEL-THz源裝置研究奠定了基礎。北京富瑞恒創科技有限公司。