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在太赫茲波的廣闊應用前景中，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，歷經十余年不斷探索，在太赫茲帶狀注行波管領域走出了一條創新之路，為中國太赫茲科技自立自強注入強勁動力。

帶狀注產生與傳輸：從“成形”到“穩定”的技術躍升

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勢，被譽為“改變未來世界的十大技術”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構互作用放大太赫茲波，在深空探測、無損檢測、高速通信、安檢成像等領域需求迫切、應用廣泛。

太赫茲帶狀注行波管的“心臟”是“帶狀注”，與傳統圓形注相比，具有大電流優勢，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，其產生和穩定傳輸是最大痛點。”段兆云說，在大電流帶狀注產生方面，團隊針對鈧酸鹽陰極易吸濕、發射性能衰減的難題，采用聚丙烯酰胺溶膠—凝膠法制備高純度發射活性物質，研發出一種新型可重復激活的鈧酸鹽陰極。基于此原創工作，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測試中，最大發射電流達189毫安，變化小于5%，展現出卓越的穩定性。這一成果發表于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用提供了技術支撐。

慢波結構創新：從“低損耗”T型交錯雙柵到“高單位增益”超構表面

慢波結構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，實現高效互作用。段兆云團隊在這一領域雙管齊下，提出了改進型交錯雙柵慢波結構和首次提出全金屬超構表面慢波結構。

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型交錯雙柵慢波結構，其電子注通道面積較常規同頻段交錯雙柵慢波結構擴大超過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表面慢波結構，該設計兼具高耦合阻抗、雙帶狀注通道和結構簡潔等優勢，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。“傳統設計依靠經驗和仿真軟件反復迭代，完成太赫茲輸能窗的優化需要海量計算。”團隊博士生呂志方說，面對輸能窗的設計瓶頸，團隊還創造性地引入物理信息神經網絡，并融合遺傳算法，開發出一種輸能窗—盒型窗快速優化設計新方法。此方法的時間效率相比傳統方法提高約30倍，這一技術創新可推廣到其他真空電子器件。