太赫兹波的产生
太赫兹技术的工作原理
太赫兹技术的工作原理太赫兹技术是一种新兴的射频技术，在电子通信、材料科学、医疗影像等领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍太赫兹技术的工作原理，包括太赫兹波的产生、检测以及相关设备的原理，以及其在不同领域中的应用。
一、太赫兹波的产生太赫兹波是电磁波谱中频率介于红外光和微波之间的一段区域，其频率范围约为0.1-10太赫兹（1太赫兹=10^12赫兹）。
产生太赫兹波的方法主要有两种：通过非线性光学效应产生和通过自旋极化电流产生。
1. 非线性光学效应产生太赫兹波非线性光学效应是指在高光强作用下，光的电磁场与介质中的电子或原子之间发生相互作用，产生新的频率成分。
其中最常用的方法是使用飞秒激光来激发非线性光学介质，如晶体或者溶液中的介质，通过非线性发射或非线性吸收效应产生太赫兹波。
2. 自旋极化电流产生太赫兹波自旋极化电流是指在适当的材料中，通过激光或电流激发，导致材料中的自旋极化电子发生运动，从而产生太赫兹波。
利用自旋极化电流产生太赫兹波的方法有很多，包括自旋共振和自旋输运等。
二、太赫兹波的检测太赫兹波的检测方法多种多样，常见的方法有光电探测器和太赫兹光谱仪。
以下是两种常用的检测方法的原理介绍。
1. 光电探测器光电探测器是通过感光材料将光信号转化为电信号的装置。
在太赫兹波的检测中，常用的光电探测器有铁电探测器、氘探测器和双光子探测器等。
光电探测器的工作原理是光子的能量可以激发感光材料中的电子从而引起电流产生，通过测量电流大小，可以获得太赫兹波的强度信息。
2. 太赫兹光谱仪太赫兹光谱仪是用于测量太赫兹波频率和幅度的装置。
太赫兹光谱仪一般由光源、样品和探测器三部分组成。
其中光源通常使用飞秒激光、光电导天线或者紧凑型太赫兹源等。
样品可以是材料的薄膜、晶体或者液体等。
通过探测器检测被样品散射或吸收的太赫兹波，进而推导出样品的频率特性和折射率等信息。
三、太赫兹技术的应用太赫兹技术在许多领域中得到广泛的应用，本节将介绍其在电子通信、材料科学和医疗影像等方面的具体应用。
太赫兹治疗仪的风吹原理
太赫兹治疗仪的风吹原理太赫兹治疗仪的风吹原理是指通过产生太赫兹波进行冷热交替处理，使得人体组织得到刺激和刺激后的放松，进而达到促进人体自身修复、缓解疼痛、改善血液循环、促进新陈代谢等治疗效果的方法。
太赫兹波的产生是通过振荡电子产生，其频率在0.1-10THz范围内，波长在30-3000微米之间，就在可见光和微波之间。
这种波长较长的电磁波可以通过人体皮肤，而且对人体组织具有一定的透过性，能够被水和脂肪等物质吸收和传导。
当太赫兹波穿过人体组织时，会产生局部的微热和微冷效果，这种热和冷的刺激可以使得人体的细胞得到激活和放松，从而促进人体自身的修复和康复。
太赫兹治疗仪的风吹原理则是在太赫兹波的基础上加入了温度调节功能，通过控制太赫兹波的频率和幅度，同时加上热风和冷风的调节，使得太赫兹波在穿过人体组织时可以产生更加明显的热冷交替的效果，从而达到更好的治疗效果。
在使用太赫兹治疗仪的风吹原理进行治疗时，治疗师需要按照预设的参数进行操作，将太赫兹波的频率和幅度、热风和冷风的温度等参数进行调节，进而控制治疗仪的输出。
然后将治疗仪的探头放置在患者疼痛处，并开启治疗仪的风吹功能，让太赫兹波和热风、冷风交替作用于患者的组织和神经系统。
经过一段时间的治疗，患者可以感受到通过太赫兹治疗仪的风吹原理所产生的效果。
通过太赫兹波的刺激和热冷交替的作用，可以促进组织细胞的活力，改善组织的氧气和养分供应，同时也可以减轻病痛，缓解疼痛和局部炎症，从而达到加速人体自身修复和康复的治疗效果。
总的来说，太赫兹治疗仪的风吹原理是一种在太赫兹波基础上加入热冷效果的治疗方法，通过太赫兹波和热风、冷风的交替刺激，可以促进人体组织的活力，改善局部疾病的病理状况，从而达到治疗和修复的作用。
尽管太赫兹治疗仪的风吹原理目前仍处于研究开发阶段，但是在不久的将来，这种治疗方法很可能会成为人体康复和修复领域中非常重要的一部分。
光导天线产生thz波原理
光导天线产生THz波原理在当今的科技领域，太赫兹波因其独特的传输特性和潜在的应用价值而备受瞩目。
而光导天线作为产生太赫兹波的一种重要器件，其工作原理和应用前景值得我们深入探讨。
首先，光导天线能够产生太赫兹波的原因在于它利用了光电效应。
当光信号照射到光导天线上时，光子能量会激发光导材料中的电子从束缚态跃迁至自由态，形成瞬态光载流子。
这些瞬态光载流子会在外加偏置电场的作用下高速运动，从而产生太赫兹波。
具体来说，光导天线通常由两个金属电极组成，这两个电极是在半绝缘半导体衬底上镀上一层金属，两电极之间形成电极间隙。
当在两电极之间施加偏置电压时，由于衬底的半绝缘性，在两电极之间形成一个电容器结构并贮存静电势。
当有光子能量高于半导体能隙的超快激光脉冲照射到光导天线上时，这些光子能量会激发光生载流子。
在偏置电压的作用下，这些被激发的载流子会迅速运动，形成电流。
由于载流子的运动速度极快，电流的变化非常迅速，从而产生太赫兹波。
值得一提的是，飞秒激光脉冲在此过程中充当了打开储存大量电能的瞬态开关的角色。
这种瞬态开关的作用方式是将电能以THz脉冲的形式释放出去。
辐射的THz波的极化方向与偏置电场方向平行。
此外，光导天线产生的THz波的强度和频率可以通过调节入射激光脉冲的强度或偏置电场的强度进行控制。
在实际应用中，通常需要激光脉冲有足够的能量才能使基底中产生足够多的光生自由载流子。
光导天线作为太赫兹波产生器件的优势在于其结构简单、易于制作和集成、响应速度快以及可调谐性强等特点。
随着太赫兹技术的不断发展，光导天线在通信、雷达、生物医学成像等领域的应用前景将更加广阔。
总之，光导天线产生THz波的原理是基于光电效应和瞬态光载流子的运动。
通过深入理解这一原理，我们可以更好地设计和优化光导天线，进一步推动太赫兹技术在各个领域的应用和发展。
太赫兹波实验技术的基本原理与应用
太赫兹波实验技术的基本原理与应用太赫兹波，作为一种崭新的电磁波，近年来在科学界引起了广泛的关注。
太赫兹波的频率介于微波和红外光之间，波长较短，穿透力较强，具有许多独特的特性和应用前景。
在本文中，将探讨太赫兹波实验技术的基本原理与应用。
首先，我们来了解太赫兹波的产生原理。
太赫兹波是通过一种称为太赫兹发射器的装置产生的。
太赫兹发射器通常由光源、激发源和检测器组成。
光源产生的光束经过光栅或者其他适当的器件激发，然后产生太赫兹波。
太赫兹波的频率与光源的波长和激发器的特性有关。
太赫兹波在应用上的潜力广泛。
首先，太赫兹波可以穿透许多非金属材料，如塑料、纸张和织物。
这使得太赫兹波在安全检查和文物保护方面具有重要意义。
例如，太赫兹波可以用于扫描包裹或者行李箱中的物品，以检测不同材料的特性。
同时，太赫兹波也可以用于文物的非接触式检测，帮助人们了解古代文化的珍品。
其次，太赫兹波还可以用于医学领域的成像技术。
相比于X射线和核磁共振成像，太赫兹波无辐射且不会对人体造成伤害。
这使得太赫兹波成像具有更广阔的应用前景。
目前，太赫兹波已经成功用于皮肤癌和乳腺癌的早期检测，并有望在未来在临床上得到更广泛的应用。
此外，太赫兹波还可以用于材料科学和化学领域的研究。
太赫兹波与物质的相互作用可以提供关于物质结构和动力学的重要信息。
通过测量太赫兹波的吸收、透射、反射等特性，可以研究物质的光学、电磁、热学等性质。
这对于新材料的开发和应用具有重要的意义。
此外，太赫兹波还被应用于通信和信息技术领域。
以往，太赫兹波无线通信技术受限于设备的制造和传输能力。
然而，最近的研究表明，太赫兹波通信具有广阔的空间和频率资源，有望成为下一代无线通信的新选择。
太赫兹波通信技术在高速数据传输、光电混合、隔离和隐蔽通信等方面具有重要的应用前景。
总结起来，太赫兹波实验技术作为一种前沿的研究方向，其基本原理和应用前景引起了广泛的关注。
太赫兹波的穿透力、成像能力和与物质的相互作用特性使其具备了广泛的应用潜力，包括安全检查、文物保护、医学成像、材料科学研究和通信技术等领域。
太赫兹波
太赫兹检测技术1 太赫兹波简介电磁波（又称电磁辐射）是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效的传递能量和动量。
电磁辐射可以按照频率分类，从低频率到高频率，包括有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等等。
太赫兹波(Terahert或称太赫兹辐射、T-射线、亚毫米波、远红外，简称THz) 通常指频率在0.1~10THz (1THz=1012Hz)范围内的电磁辐射。
若以应用频率范围的载体为坐标，则太赫兹波位于“雷达”与“人”之间。
是电磁波谱上由电子学向光子学过渡的特殊区域，也是宏观经典理论向微观量子理论的过渡区域。
图1 电磁波谱图Fig1 Electromagnetic spectrumTHz波在无线电物理领域称为亚毫米波，在光学领域则习惯称之为远红外辐射；从能量辐射上看，其大小在电子和光子之间。
在电磁频谱上，THz波段两侧的红外和微波技术已经很成熟，但是THz技术还不完善。
究其原因是因为此频段既不完全适和用光学理论来处理，也不完全适合用微波理论来研究，缺乏有效的产生和检测THz波的手段，从而形成了所说的“THz空隙”。
2 THz辐射研究的发展历史与现状上世纪九十年代以后,超快激光技术的迅速发展,为太赫兹脉冲的产生提供了稳定、可靠的激发光源。
太赫兹波段各种技术的研究才蓬勃发展起来。
与此同时，半导体物理的研究和材料加工工艺的改进也日趋完善，人们在选择与太赫兹辐射研究相关的半导体材料过程中发现半导体材料有着尤为重要的研究价值，且它们都是常用的半导体材料；同时通过掺杂工艺，改善半导体材料的性质，如载流子迁移率、寿命和阻抗都可以控制调整以适应光电器件的要求，这些半导体制作工艺上的发展促进了相关科学技术的发展。
2.1 THz辐射的特点THz技术之所以引起人们广泛的关注，主要是由于太赫兹电磁波独有的特点，各种物质在这一频段的独特响应及其在特定领域中的不可替代性[1]。
太赫兹原理
太赫兹原理太赫兹波段是电磁波谱中的一个特殊频段，位于红外和微波之间，频率范围大约在0.1-10 THz。
太赫兹波具有许多独特的特性，使得它在无线通信、医学诊断、安全检测等领域具有广阔的应用前景。
了解太赫兹波的原理对于深入研究其应用具有重要意义。
太赫兹波的产生原理主要有两种，一种是通过光学方法产生，另一种是通过电子方法产生。
光学方法产生太赫兹波通常是利用超快激光脉冲与介质相互作用，产生太赫兹脉冲。
而电子方法产生太赫兹波则是利用电子束与介质相互作用，通过非线性光学效应产生太赫兹波。
这两种方法各有优劣，可以根据具体应用需求选择合适的方法。
太赫兹波在介质中的传播具有一些特殊的性质。
太赫兹波在绝缘体中的传播通常是通过介质的振动和电子的偶极矩共振来实现的，因此在介质中的传播损耗相对较小。
此外，太赫兹波在金属中的传播也具有一些特殊的性质，可以通过表面等离激元的激发来实现。
这些特殊的传播性质使得太赫兹波在材料的检测和成像中具有独特的优势。
太赫兹波的探测原理主要是利用太赫兹波与物质相互作用的特性。
太赫兹波可以穿透许多非极性材料，因此可以用于检测材料的内部结构。
同时，太赫兹波也可以被许多物质吸收或反射，因此可以用于检测物质的成分和表面形貌。
这些特性使得太赫兹波在材料的非破坏性检测和成像中具有广泛的应用前景。
总的来说，太赫兹波的原理包括产生原理、传播原理和探测原理。
通过对太赫兹波的原理进行深入的研究，可以更好地理解太赫兹波的特性和应用，为太赫兹技术的发展提供理论基础和技术支持。
随着太赫兹技术的不断发展和完善，相信太赫兹波在更多领域将发挥重要作用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
太赫兹原理及应用
太赫兹原理及应用太赫兹波（Terahertz waves）是指频率范围在300 GHz到10 THz之间的电磁波。
与可见光和红外线相比，太赫兹波具有较长的波长和低能量，并处于电磁谱中所谓的"太赫兹间隙"（THz Gap）区域。
太赫兹波的产生、探测和应用领域已经得到了广泛的研究和发展。
本文将介绍太赫兹波的原理和应用。
太赫兹波的产生与检测是太赫兹技术的关键之一、产生太赫兹波的方法包括通过光学非线性效应、光电子发射、自由电子激发等。
光学非线性效应是指通过光束与物质相互作用，产生高次谐波或混频效应，进而产生太赫兹波。
光电子发射是指通过使用紫外光激发金属或半导体表面的自由电子，产生太赫兹波。
自由电子激发是指通过高能电子束轰击其中一种材料（如金属或半导体），产生太赫兹波。
检测太赫兹波的方法包括光电探测、热电探测、双晶探测等。
光电探测是指通过将太赫兹波照射到光电探测器上，利用光电效应将太赫兹波转化为电信号。
热电探测是指通过太赫兹波的吸收，使探测器产生温度变化从而产生电信号。
双晶探测是指通过将太赫兹波照射到一个非线性晶体上，在晶体中产生激发电荷，从而在两个电极上产生电流信号。
太赫兹波的应用领域非常广泛。
在通信领域，太赫兹波被用作无线通信的一种替代解决方案，具有高速传输和大带宽的优势。
太赫兹无线通信可以穿透衣物、纸张和塑料等各种材料，因此可以用于隐私保护和非侵入性的检测。
在安全检测领域，太赫兹技术可以用于探测和识别爆炸品、毒品和可疑物品等。
太赫兹波可以穿透多种物质，而且与X射线相比，辐射剂量小，不会对人体产生明显的伤害。
在材料检测领域，太赫兹波可以用于分析和检测材料的结构和成分，例如用于药物颗粒的表征，食品和农产品的质量检测等。
太赫兹光谱学是利用太赫兹波进行分析材料的一种方法，可以获得材料的特征光谱信息，因此在生物医学、化学和物理等领域得到广泛应用。
此外，太赫兹波还有许多其他的应用。
在无损检测领域，太赫兹波可以用于检测材料中的缺陷、裂纹和腐蚀等。
第二章-太赫兹波的产生
第二章太赫兹波的产生太赫兹辐射源的研究是太赫兹科技发展的核心内容。
早在上个世纪20年代就有科学家对太赫兹波产生了浓厚的科学兴趣，但其产生方法和探测手段相对于十分成熟的微波、光学技术仍显得十分落后。
由于当时的电子学和光子学理论、技术都难以达到太赫兹频段，所以直到80年代中期，科学家对于该波段得电磁辐射性质的了解还是非常有限，也就形成了远红外和毫米波之间所谓的“太赫兹间隙”(THz Gap）。
如何能有效地产生出高功率、高能量、高效率且能在室温下稳定运行的且宽带可调的太赫兹辐射源来，以及如何将其方便、灵活地运用于日常的科研工作和实际生活之中，已经成为21世纪科研工作者的追求目标和迫切需要解决的实际问题。
太赫兹辐射源（见图2-1）的分类主要有两种，第一种，根据应用范围可分为：针对太赫兹波谱学和成像应用的连续窄带的太赫兹辐射源，针对太赫兹波谱学和成像应用的宽带太赫兹辐射源，针对物质非线性和非热平衡状态研究应用的高能量窄带太赫兹辐射源。
第二种分类是根据产生太赫兹机理可分为：基于电子学的太赫兹辐射源，例如反向波振荡器、自由电子激光器、浅掺杂的P型锗半导体激光器、量子级联激光器等；基于光学、光子学及非线性光学的太赫兹辐射源，如利用超短激光脉冲产生太赫兹辐射，利用非线性频率变换过程产生太赫兹辐射，利用远红外光泵浦产生的太赫兹辐射。
；图2-1 各种太赫兹源的功率和频率缺少高功率、低造价和便携式的且能够在室温下工作得太赫兹源是目前限制太赫兹应用的最主要因素。
但仍有很多辐射源可能成为其潜在的候选者，在快速电子学、激光和材料研究之中，每一种辐射源都有其独特的优点。
这些辐射源可以被粗略地分为以下几类：不相干的热发射源、宽波段太赫兹脉冲技术以及窄波段的连续波方法。
窄频带的太赫兹辐射源：窄频带的辐射源对于高频谱分辨率的应用是十分重要的，在通信和超宽频带的卫星通信上也有很好的应用前景。
所以在过去的一个世纪里，很多研究工作都是集中在如何开发窄波段的太赫兹辐射源上。
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2.2 基于电子学的太赫兹辐射源基于电子学的太赫兹辐射源包括微型真空电子器件、相对论性电子器件、半导体激光器等。
2.2.1 真空电子器件采用先进的微细加工技术，如LIGA技术（LIGA是采用X射线刻蚀和电铸相结合的技术）、MEMS（微电子机械系统）加工技术等，将固态加工技术引入到真空电子技术领域之中，可以制造出能作为太赫兹辐射源的微型真空电子器件（μVED）。
这些器件克服了普通三、四极管的渡越时间效应，而且如果利用微波管分布作用原理，就可使微波管的工作频率达到太赫兹频段，成为一种非常具有应用前景的太赫兹辐射源。
这类太赫兹辐射源有纳米行波管及其阵列、返波振荡器、纳米速调管及其阵列、回旋管、自由电子激光器、相对电子注或等离子体电子器件等（见图2-11），具有噪声低、增益高、效率高、体积小、重量轻、性能稳定等特点。
但是，它们在某些方面也存在着一些问题，如射频窗口、波导元件、磁聚焦问题、阴极和电子枪及器件的装配等，而这些问题又直接限制了微型真空电子器件的性能指标。
目前，在太赫兹频段对于微型真空电子器件的研究还处于研究阶段，它将是一种非常具有应用前景的太赫兹真空辐射源。
图2-11 真空电子学太赫兹源的功率与频率1. 行波管行波管（Traveling Wave Tube ，TWT）是一种基于电子注与行波场之间相互作用的行波型器件，其优点是：频带宽，增益大，寿命长，工作稳定可靠。
行波的种类很多，根据外加磁场的形成可以将其分为具有纵向（沿电子流方向）磁场的“O”型行波管和具有横向磁场的“M”型行波管。
行波管是唯一能将大功率与宽频带等微波管所具有的优点有效结合的微波管器件。
而在这里仅介绍“O”型行波管。
图2-12 行波管结构原理图行波管是利用电子流与沿慢波系统行进的电磁波间的连续互相作用而放大超高频（微波）电磁波的一种微波电子管。
它的一种典型结构如图2-12所示，主要有以下几个部分组成：1)电子枪，包括阴极、加速极；2)微波结构，包括慢波系统、输入、输出的微波结构；3)收集极；4)聚焦磁场。
其中，电子枪的作用是形成符合设计要求的电子注，聚焦系统可使电子注保持所需形状，保证电子注能够顺利得穿过慢波电路并与微波场发生有效的相互作用，最后由收集极接收电子注。
如果行波管的电磁波行进方向与电子流方向相反的话，我们称之为返波管，即返波振荡器。
行波管的工作原理是：在行波管中，电子注与慢波电路中的微波场发生相互作用。
微波场沿着慢波电路向前行进。
为了使电子注同微波场产生有效的相互作用，电子的直流运动速度应比沿慢波电路行进的微波场的位相传播速度(相速)略高，称为同步条件。
输入的微波信号在慢波电路建立起微弱的电磁场。
电子注进入慢波电路相互作用区域以后，首先受到微波场的速度调制。
电子在继续向前运动时逐渐形成密度调制。
大部分电子群聚于减速场中，而且电子在减速场滞留时间比较长。
因此，电子注动能有一部分转化为微波场的能量，从而使微波信号得到放大。
在同步条件下，电子注与行进的微波场的这种相互作用沿着整个慢波电路连续进行。
这是行波管与速调管在原理上的根本区别。
2. 返波振荡器行波管的变体就是返波振荡器（Backward Wave Oscillator， BWO），俗称返波管。
它是一种利用电子注与慢波线中的返波相互作用产生振荡的微波电子管，而且目前只有返波振荡器在0.1THz以上具有宽带调谐和大功率输出的能力。
在周期性慢波系统中，周期性变化的场可以分解成无数空间谐波，其中群速与相速同向的波称为前向波；反之则称为返波。
当电子注速度与前向波相速同步时，由于注波间的相互作用将会使前向行进波得到放大；而当电子注速度与返波相速同步时，则注波间的相互作用又会使返波得到增强。
由于返波管中群速与相速方向相反，并且电子注速度与波的相速同步，因此电子注的速度方向与波的相速度方向相同，而与群速（或能速）的传输方向相反。
这样，在管内就自然地存在着一种能量的反馈通道，一方面载有交变信号能量的电子注向前运动，并与慢波线上的返波相互作用，将部分能量交给线路上的高频场，另一方面线路上的高频能量又逆电子注方向传输形成反馈回路。
当每一个反馈回路的总相移都是2π的整数倍时，具有正反馈的性质。
因为这种反馈是通过电子注把交变信号能量由输出端带回输入端的，所以是一种电子反馈。
利用这种电子反馈，可以得到再生放大。
由此可以形成制返波放大管。
如果反馈量足够大就可产生自激振荡做成返波振荡管。
返波管的主要优点是在很宽的频率范围内能够实现连续的快速电调。
由图2-13可知：BWO内部存在着强磁场、热阴极、阳极、梳形减速结构，以及耦合波导等。
首先，电子由热阴极发射出来（a图）。
为了避免电子撞击在管壁上损失能量，需要将其聚焦。
而电子在强磁场的作用下受洛伦兹力作用而聚焦（b图）。
聚焦后的电子经过梳型减速结构后速度下降，最后到达阳极（c图）。
由于电子速度发生了改变，所以会向外辐射出电磁波，其方向与电子运动方向相反。
电磁波与波导耦合，从而输出到自由空间。
其中，输出频率取决于电子的速度，范围可在50-1500GHz内，而电子的速度则由电极间的电压决定（d图）。
图 2-13 返波管原理图。
图(a)-(d)表示返波管产生THz波的四个过程，图(e)为返波管结构图。
太赫兹波BWO可应用于低噪声外差接收机的本振，应用在低背景的射电天文观测，彗星、地球及其他行星大气层的遥感，通过对一些重要的物质分子进行高分辨率的观察来理解银河系及其附近的河外星系媒介的结构及其演化。
3. 纳米速调管速调管（klystron）是一种靠周期性地调制电子注的速度来实现振荡或放大功能的微波电子管。
它和行波管和返波管都是直线型束（也就是“O”型）电子管。
在速调管中，电子束通过两个或多个谐振腔。
第一个腔接收射频（RF）输入信号并调制电子束使其群聚，电流出现周期性的高密度和低密度区域。
群聚后的电子束进入下一个腔，增强了群聚效应，在最后的腔处，提取出高倍数放大的RF功率电平。
虽然纳米速调管（Nanoklystron）只是速调管中的一种，但是它也是运用电子的速度调制、群聚、密度调制电流激励谐振腔输出高频能量三个过程来完成能量转换的。
其具体的过程原理为：由阴极和加速极组成的电子枪产生一个密度均匀的电子注，它通过一个加有正弦调制信号的间隙。
由于间隙中存在高频电场，当电子注通过时，受到高频场的作用．使正半周通过的电子受到加速，在负半周通过的电子受到减速，在离开间隙时电子的速度已受到调制，但这时的电流密度还是均匀的，还未受到调制，这称为速度调制。
电子注离开调制间隙后进入无场漂移空间作惯性运动。
由于在不同时刻所进入漂移空间的电子速度不等。
后进入漂移空间的快电子逐渐追上先进入漂移空间的慢电子，使电子注变得有稀有密，不再均匀，这个过程称为“群聚”。
或者说电子注已由速度调制变为密度调制了，这时电子注中就包含了交变分量。
然后，在电子密集程度较高的位置上设置—个能量接收装置或输出装置。
例如设置一个接有谐振腔的输出间隙，当群聚电子注穿过此输出间隙时，就激发输出腔，在腔内建立感应电流和高频电压，输出高频能量。
最后电子注到达收集极上，将剩余能量转化为热能耗散了。
图 2-15太赫兹纳米速调管结构原理图纳米速调管(如图2-15所示)的研制已经取得了一定的进展，其工作频率可能达到2-3THz。
它的原理就是基于反射速调管，利用微电子加工技术制成速调管的谐振系统，采用纳米碳管作为阴极，希望发射密度能够达到：100-1000 A/cm2。
如果要提高输出功率，可以用纳米速调管来组成纳米速调管阵列。
阵列的工作频段预期可达0.3-3.0THz，工作电压为500V，连续波输出功率将会大于50mW。
纳米速调管是将纳米技术，微电子加工技术和微波管电子器件技术融合在了一起，是一个创造性的发展，也是一个有望有较大贡献的新型器件。
4. 扩展互作用速调管除了上述三种直线型电子束振荡管能作为太赫兹辐射源之外，还有一种这样类型的微波电子管，即扩展互作用速调管（Extended Interaction Klystron，EIK）。
它又可分为扩展互作用速调管振荡器(Extended Interaction Klystron Oscillator，EIKO)和扩展互作用速调管放大器（Extended Interaction Klystron Amplifier ，EIKA)，如图2-16所示。
目前，EIK的工作频率能达到0.50THz，功率可达1W，而预期其频率可高达1THz，它们在雷达应用领域有着举足轻重的作用。
现在，EIKO及EIKA 已是一种很重要的毫米波器件。
图2-16 （a）EIKO结构示意图，（b）EIKA结构示意图行波管的优点是频带宽、增益也较大，因此带宽增益乘积很高是行波管的一大特点。
EIKO和EIKA是将行波管及速调管的优点结合在一起的，一种既有高的增益和效率，又有足够带宽的新的微波器件。
速调管的带宽限制是由于采用了谐振腔所导致的；而行波管的增益不能做得太高是由于慢波线的反射引起的反馈所限制的。
因此，可采用由慢波结构形成的谐振系统，这样既具有谐振腔的特点，又具有慢波线的特点。
根据速调管的基本理论可知，希望速调管具有较高的R s/Q值，其中R s为腔体的等效并联电阻，Q为腔体的有效品质因数。
腔端调制电子注与电磁波进行能量交换的等效电压与R s/Q成正比。
事实证明，采用由慢波结构终端反射做成的谐振腔，可以得到较高的R s/Q 值。
与此同时，由于电子注的调制是在慢波线上进行的，而慢波线构成的谐振腔则可能具有较宽的频带，因此，利用此种腔体制成的器件，有可能具有较好的性能。
而EIK所采用的就是这种慢波系统构成的腔体，不过它的腔体构成是周期性的谐振腔结构，并且由于电子注的调制是在慢波系统中进行的，这样该器件就既具有行波的管宽频带性，又具有速调管高增益的特点，而且它的互作用效率也很高。
所以EIK是一种很有发展前途的毫米波及THz波段真空电子学器件。
5. 自由电子激光器与常规激光器利用束缚电子的位能跃迁所不同的是，自由电子激光器（Free electron laser ，FEL），如图2-17（a）所示，利用的是自由电子的动能跃迁。
根据能量交换的形式，自由电子激光器可以分为两大类，即利用电子横向动能型和利用电子纵向动能型。
前一种类型是研究的重点，其基本原理是相对论电子注和电磁波的受激相干散射。
而且理论研究表明，自由电子激光器具有高功率、高效率、高频率和工作频率可以覆盖从微波到X射线整个波段而且连续可调等优点。
随着理论与实验差距的缩小，自由电子激光器在超大功率及频率连续可调激光器中将占有重要的位置。
极高能量的太赫兹辐射可以通过自由电子激光和能量回收直线加速器的方法得到。