【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电功能器件与纳米光源，具体涉及一种基于快电子束的史密斯-珀塞尔辐射生成装置及制作方法。
技术介绍
1、史密斯-珀塞尔辐射是一种由快速运动的带电粒子产生的辐射现象，这种辐射源于带电粒子的倏逝库仑场与周围介质的相互作用，从而形成远场辐射。由于史密斯-珀塞尔辐射可以覆盖紫外线、可见光、红外线、太赫兹甚至微波等宽广的光谱范围，它被认为是构建纳米尺度光源的理想平台。目前，史密斯-珀塞尔辐射的研究涵盖了多个波段，其应用包括纳米结构发光、螺旋光场生成以及倏逝波收集利用等，这些研究使史密斯-珀塞尔辐射逐渐成为集成光子学的重要研究平台。
2、利用史密斯-珀塞尔辐射制造纳米光源具有显著的科学和技术优势。在实际应用中，基于扫描电子显微镜的阴极荧光光谱系统为产生和研究宽带史密斯-珀塞尔辐射提供了一种便捷且有效的方法。在传统的电子束激发光辐射方式中，快电子束与所设计的被激发样品的相互作用范围有限，导致电子和光子的耦合较弱。然而，在史密斯-珀塞尔辐射系统中，快速移动的电子可以与被激发样品中大量微结构单元相互作用，从而显著增强所产生的光辐射强度。此外，通过调节微结构单元的结构参数能够实现多种光学功能。这些独特优势使基于史密斯-珀塞尔辐射的光源研究在科学研究和应用领域中具有重要价值。
3、目前对史密斯-珀塞尔辐射波前的调控尚未形成一套成熟完善的科学方法，所采用的设计方法比较单一，通常通过周期性人工结构来产生史密斯-珀塞尔辐射，也就是基于周期光栅理论对波前进行设计。虽然利用周期光栅理论的设计可以实现有效的波前调控，但是基于
技术实现思路
1、本专利技术为解决上述问题，本专利技术提出一种基于快电子束的史密斯-珀塞尔辐射生成装置，不仅能利用快电子束诱导非周期超构光栅产生指定波长的史密斯-珀塞尔辐射，还能通过调控非周期超构光栅中金属纳米棒的空间位置分布，得到所需的史密斯-珀塞尔辐射波前形式。进一步，本专利技术还提供上述史密斯-珀塞尔辐射生成装置的制作方法。
2、本专利技术的第一方面公开一种基于快电子束的史密斯-珀塞尔辐射生成装置，包括衬底，以及形成于衬底上的非周期性超构光栅；所述非周期性超构光栅包括平行布置的金属纳米棒，相邻金属纳米棒的间距不要求完全一致；所述非周期性超构光栅在快电子束诱导下产生指定波长的史密斯-珀塞尔辐射且辐射波前形式由非周期性超构光栅中金属纳米棒的空间位置分布决定。
3、作为一种可选方案，所述金属纳米棒的材料为金、银、铂、钛中的任意一种。
4、作为一种可选方案，所述金属纳米棒的宽度为史密斯-珀塞尔辐射波长的1/5-1/30，且不小于30纳米；所述金属纳米棒的厚度为50纳米±30纳米。
5、作为一种可选方案，所述衬底为硅、二氧化硅、氮化硅中的任意一种。
6、作为一种可选方案，所述辐射波前形式包括聚焦、偏折、贝塞尔光束和艾里光束中的任意一种；所述聚焦包括正轴聚焦和离轴聚焦；所述偏折的角度为0-180度。
7、作为一种可选方案，所述指定波长范围为200纳米至1550纳米。
8、作为一种可选方案，所述快电子束的速度为0.1-0.6倍光速。
9、作为一种可选方案，所述非周期性超构光栅具有叠加布置的至少两组；
10、各组非周期性超构光栅在快电子束诱导下产生史密斯-珀塞尔辐射且辐射波前形式由各组非周期性超构光栅中金属纳米棒的空间位置分布决定。
11、本专利技术的第二方面公开一种史密斯-珀塞尔辐射生成装置的制作方法，用于制作本专利技术第一方面及任意一可选方案所述的基于快电子束的史密斯-珀塞尔辐射生成装置，包括：
12、指定所需生成的史密斯-珀塞尔辐射的波长，指定波长下所述金属纳米棒产生的辐射相位与金属纳米棒的空间位置相关；
13、根据所需生成的史密斯-珀塞尔辐射的辐射波前设计非周期超构光栅中金属纳米棒的空间位置分布；
14、基于所述空间位置分布在衬底上制作金属纳米棒，制作完成后即得到所述史密斯-珀塞尔辐射生成装置。
15、其中，根据所需生成的史密斯-珀塞尔辐射的辐射波前设计非周期超构光栅中金属纳米棒的空间位置分布，具体包括：
16、根据光学理论确定实现所述辐射波前所需的辐射相位φ随空间位置x变化的关系，即φ-x曲线，并将曲线相位变化限制在0到2π范围内；
17、定义x表示金属纳米棒的空间位置，x＝0位置处发射辐射的相位为所述快电子束经过金属纳米棒时产生的辐射相位与金属纳米棒的空间位置x的关系式为：
18、
19、式中，λ是史密斯-珀塞尔辐射的指定波长，v表示快电子的速度，c是光在真空中的速度。
20、根据快电子束经过金属纳米棒时产生的辐射相位与金属纳米棒的空间位置x的关系，得到曲线，并将其限制在0到2π范围内；
21、将φ-x曲线和曲线叠加得到一系列交点，所述交点的空间位置分布即为非周期超构光栅中金属纳米棒的空间位置分布。
22、本专利技术具有以下有益效果：
23、(1)本专利技术不仅能利用非周期超构光栅来产生史密斯-珀塞尔辐射，还能通过对非周期超构光栅中金属纳米棒的空间位置分布精确调控，实现任意设计的史密斯-珀塞尔辐射相位空间分布，进而实现多种不同形式的史密斯-珀塞尔辐射波前，具有很好的通用性。
24、(2)本专利技术可通过在同一衬底上叠加布置两组以上非周期超构光栅，以在同一史密斯-珀塞尔辐射生成装置中实现多个不同史密斯-珀塞尔辐射波前，并且能够扩展到较宽的波长范围。
25、(3)本专利技术可以在波长范围为200纳米至1550纳米内实现有效的指定波长的史密斯-珀塞尔辐射波前设计。
26、(4)本专利技术对非周期超构光栅中金属纳米棒的材料和衬底的材料无特别要求，采用真空衬底，以及常见的介质衬底材料如硅、二氧化硅、氮化硅都可以使用。
27、(5)本专利技术中非周期超构光栅的基本结构单元为金属纳米棒，结构简单，且对其尺寸要求不苛刻，容错性高，制作成本低，易于实现。
28、(6)本专利技术所公开的史密斯-珀塞尔辐射生成装置适用的快电子束的速度等参数具有较大的选择灵活性，可覆盖0.1-0.6倍光速范围。
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1.一种基于快电子束的史密斯-珀塞尔辐射生成装置，其特征在于，包括衬底，以及形成于衬底上的非周期性超构光栅；所述非周期性超构光栅包括平行布置的金属纳米棒，相邻金属纳米棒的间距不要求完全一致；
2.如权利要求1所述的史密斯-珀塞尔辐射生成装置，其特征在于，所述金属纳米棒的材料为金、银、铂、钛中的任意一种。
3.如权利要求1所述的史密斯-珀塞尔辐射生成装置，其特征在于，所述金属纳米棒的宽度为史密斯-珀塞尔辐射波长的1/5-1/30，且不小于30纳米；所述金属纳米棒的厚度为50纳米±30纳米。
4.如权利要求1所述的史密斯-珀塞尔辐射生成装置，其特征在于，所述衬底为硅、二氧化硅、氮化硅中的任意一种。
5.如权利要求1所述的史密斯-珀塞尔辐射生成装置，其特征在于，所述辐射波前形式包括聚焦、偏折、贝塞尔光束和艾里光束中的任意一种；所述聚焦包括正轴聚焦和离轴聚焦；所述偏折的角度为0-180度。
6.如权利要求1所述的史密斯-珀塞尔辐射生成装置，其特征在于，所述指定波长范围为200纳米至1550纳米。
7.如权利要求1所述
8.如权利要求1至7任意一项所述的史密斯-珀塞尔辐射生成装置，其特征在于，所述非周期性超构光栅具有叠加布置的至少两组；
9.一种史密斯-珀塞尔辐射生成装置的制作方法，其特征在于，用于制作如权利要求1至8任意一项所述的基于快电子束的史密斯-珀塞尔辐射生成装置，包括：
10.如权利要求9所述的制作方法，其特征在于，根据所需生成的史密斯-珀塞尔辐射的辐射波前设计非周期超构光栅中金属纳米棒的空间位置分布，具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于快电子束的史密斯-珀塞尔辐射生成装置，其特征在于，包括衬底，以及形成于衬底上的非周期性超构光栅；所述非周期性超构光栅包括平行布置的金属纳米棒，相邻金属纳米棒的间距不要求完全一致；
2.如权利要求1所述的史密斯-珀塞尔辐射生成装置，其特征在于，所述金属纳米棒的材料为金、银、铂、钛中的任意一种。
3.如权利要求1所述的史密斯-珀塞尔辐射生成装置，其特征在于，所述金属纳米棒的宽度为史密斯-珀塞尔辐射波长的1/5-1/30，且不小于30纳米；所述金属纳米棒的厚度为50纳米±30纳米。
4.如权利要求1所述的史密斯-珀塞尔辐射生成装置，其特征在于，所述衬底为硅、二氧化硅、氮化硅中的任意一种。
5.如权利要求1所述的史密斯-珀塞尔辐射生成装置，其特征在于，所述辐射波前形式包括聚焦、偏折、贝塞尔光束和艾里光束...
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