太赫兹行波管倍频器用金刚石输能窗研究

本文主要研究一种太赫兹行波管倍频器的输能系统,采用双频分路输能窗方案,分别对W波段基波和太赫兹谐波盒型窗进行了设计.利用MPCVD设备研制了RF级金刚石窗片材料,并对窗片的制备、金属化及窗的封接工艺进行了研究.研制出了基波系统金刚石窗,测试结果显示,在28 GHz频带内电压驻波比小于1.3,传输损耗小于0.5dB,已在W波段行波管中得到了实际应用;谐波输能窗已完成了设计.     

太赫兹器件用新型复合多层金刚石材料的研究

微波器件频率进入太赫兹,输能窗的厚度减小至一百甚至几十微米。常规的介质材料,或者多晶金刚石材料已 经难以满足强度和真空密封性能的要求。为此设计并研制出一种新型微/超纳米复合多层金刚石膜。该膜采用微波等离子 体化学气相沉积法（MPCVD）,通过反应气源和沉积参数的改变,实现在硅衬底上依次原位生长微米尺度和超纳米尺度 的金刚石膜。研制的复合多层金刚石膜表面粗糙度Ra<0.5μm,生长面的断裂强度高达1550MPa,是普通多晶金刚石膜的 三倍。用该膜封接的输能窗目前已经通过真空密封性测试,将首次应用于太赫兹真空器件。     

太赫兹器件用新型复合多层金刚石材料的研究

微波器件频率进入太赫兹,输能窗的厚度减小至一百甚至几十微米。常规的介质材料,或者多晶金刚石材料已经难以满足强度和真空密封性能的要求。为此设计并研制出一种新型微/超纳米复合多层金刚石膜。该膜采用微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD),通过反应气源和沉积参数的改变,实现在硅衬底上依次原位生长微米尺度和超纳米尺度的金刚石膜。研制的复合多层金刚石膜表面粗糙度Ra<0.5μm,生长面的断裂强度高达1550MPa,是普通多晶金刚石膜的三倍。用该膜封接的输能窗目前已经通过真空密封性测试,将首次应用于太赫兹真空器件。     

行波管金刚石输能窗片金属化影响因素分析

为制备行波管用金刚石输能窗片,分析金刚石金属化影响因素。采用粗糙度、拉曼光谱评估金刚石材料性能。采用酸洗、离子束刻蚀清洗金刚石表面。采用冲压掩膜、光刻掩膜防护非金属化区域。通过物理气相沉积制备Ti/Mo/Ni金属化层,并通过真空热处理方法制备TiC过渡层。结果表明:当金刚石内石墨的质量分数低于1%时,离子束刻蚀方法一方面去除金刚石表面杂质,另一方面将表面粗糙度从0. 256μm提升至0. 343μm;相比冲压掩模,光刻掩模降低界面孔隙率,减少了金属离子对掩模底层的污染,过渡区域宽度从200μm减少至10μm; 700℃保温过程促进了TiC的形成,提升了金属化层结合强度,促进了抗热冲击性能。     

太赫兹回旋管蓝宝石输能窗的设计及实验

针对170 GHz兆瓦级回旋管短脉冲实验对蓝宝石输能窗的实际要求,分析了蓝宝石窗传输高斯波束的反射和吸收特性,优化设计了低反射、低损耗蓝宝石输能窗的工程方案。对研制的蓝宝石窗部件进行微波冷测,驻波比(VSWR)小于1.1,验证了蓝宝石窗的低反射特性;计算结果表明该结构的最大输出平均功率阈值为590 W。对使用该蓝宝石窗研制的170 GHz回旋管进行测试,验证了理论计算的功率阈值,为大功率回旋管蓝宝石输能窗的实际应用提供了依据。     

340 GHz返波振荡器输能窗的设计与实验

为340 GHz 返波振荡器设计了输能窗,并对其进行了设计分析及仿真模拟计算.计算结果表明,该窗在327 GHz-347 GHz 频段内的反射系数优于30 dB.对窗片进行金属化,焊接输能窗,封接出气密性良好的输能窗,对输能窗进行测试.测试结果表明,该窗在333 GHz-367 GHz频段内反射系数优于10 dB,其中,在336 GHz-344 GHz 频段内优于15 dB,传输损耗7 dB 左右.对模拟结果与实测结果的偏差进行了分析,为进一步优化输能窗奠定基础.     

太赫兹磁诱导双透明窗调制方法

利用时域有限差分法对由金属短线和开口谐振环构成的太赫兹超材料的透射谱进行了理论研究。结果表明,该超材料结构可形成电磁诱导的双透明窗,随金属材料厚度或周围相对介电常数的增大,峰值逐渐增大,双透明峰红移;随损耗角正切的增大,峰值也增大,但双透明峰却蓝移。优化超材料参数,双透明峰值均可达到0.95。这种超材料结构在多波段慢光传输、光存储、折射率传感器和双向开关等方面具有潜在的应用前景。     

可弯曲的低损耗太赫兹波导研究进展

近年来,随着太赫兹(THz)时域光谱系统的发展,THz波导作为用于THz波传输的器件一直都是研究的重点,而寻找低损耗的材料和可弯曲的结构一直是研究人员的目标。介绍了THz时域光谱系统的现状,并总结了传统波导技术应用于THz领域时的一些不足之处。重点介绍了基于三种不同工作原理的新型THz波导,并对比了各自的优缺点,这三种原理分别是金属面反射、介质界面全反射以及反共振反射。最后简要介绍了可弯曲低损耗THz波导的应用现状及后续工作方向。     

W波段行波管金刚石窗的模拟优化与性能测试

本文主要研究了使用金刚石窗片的W波段标准盒形窗,利用三维模拟软件CST微波工作室进行了计算与优化,设计出适合W波段行波管使用的输能窗。冷测结果显示,在75~110 GHz范围内驻波系数均在1.47以下。     

小型化行波管输能结构的设计

随着行波管应用整机技术向小型化方向的不断发展,行波管必然也有着小型化发展的趋势.本文对VE3282型小型化行波管的输能结构进行了小型化研究,优化设计后,输出耦合器的高度由36.7减小至28.1 mm,输入耦合器的高度由原结构的33.6减小至18.3 mm,并且小型化处理后输能结构的性能完全满足使用要求.     

多注太赫兹折叠波导行波管的设计与模拟

为解决太赫兹(THz)行波管工作电流过小、输出功率低等问题,提出了基模多注工作模式的折叠波导行波管(TWT)。首先,获得了基模多注折叠波导色散特性;然后,对基模多注折叠波导的传输特性进行了模拟计算;最后,完成了0.14 THz基模多注折叠波导行波管的注波互作用特性分析。电子注参数为12 m A,15.75 k V时,获得的3 d B带宽为25 GHz(128 GHz~153 GHz),最大增益为33.61 d B,最大峰值功率为23 W;电子注参数为30 m A,15.75 k V时,在0.14 THz处获得了38 d B增益,最大脉冲输出功率为63.1 W。该方法能够有效增大THz行波管的工作电流,提高互作用增益及效率、3 d B带宽、输出功率;在增益相同时,基模多注行波管可以做得更短、更紧凑。     

环烯烃共聚物太赫兹透镜的设计尧制备及特性分析

研究了一种新型光学聚合物,环烯烃共聚物在0.1～3 THz波段的折射率和透过率特性。借助Solid works软件设计了一款焦距为100 mm、有效孔径为1.75英寸的双凸球面透镜,并设计了制造透镜的模具。通过热压塑成型工艺制造了Topas COC太赫兹透镜,分析了温度和加热时间对透镜面型的影响。利用Zemax软件模拟分析了透镜在太赫兹波段150 m、300 m和600 m的波长、厚度、曲率半径和折射率对焦距的影响。研究表明:利用该技术制造的Topas COC透镜面型光滑、精度高、结构无缺陷、性能优良满足系统线性和紧凑的设计要求,在可见光区和太赫兹波段能够发挥准直和聚焦的作用。     

环烯烃共聚物空芯微结构太赫兹光纤的设计与制造

以环烯烃共聚物（cyclic-olefin copolymer,COC）材料为基质,设计、制造了一种空芯多孔包层太赫兹（THz）纤维。利用comsol 软件模拟了芯径为6 mm 的光纤在0.2~1.5 THz 波段的损耗特性,结果表明:在0.85~1.5 THz 波段存在多个低损耗频带,而且在0.85~1.1 THz 波段有低于3 dB/m 的三个窗口;特别是在0.99 THz,损耗达到0.208 dB/m。芯径为3 mm、4.8 mm 和6 mm 的光纤在0.8~1.5 THz 波段的损耗特性对比分析表明:该COC 微结构多孔包层空芯纤维的损耗随着光纤外径的增加而减小。把设计的太赫兹纤维外径放大7 倍达到7 cm,据此设计制造了光纤预制棒成型专用模具。借助热挤出成型方法得到了结构完整、孔洞表面光滑,长度为22 cm 的空芯多孔包层预制棒。利用该实验室独有的微结构光纤拉丝塔,成功获得了微结构保持完好的光纤样品。损耗分析结果表明:6 mm 芯径的光纤样品在1.27 THz 的平均损耗为2.175 dB/m,与该频率的理论损耗（1.95 dB/m）接近。     

环烯烃聚合物太赫兹光子晶体光纤设计与制造

为降低传输损耗,在太赫兹波段采用具有低吸收损耗的环烯烃共聚物作为基质材料,设计了一种太赫兹光子晶体光纤。通过全矢量有限元法模拟仿真,对光子晶体光纤的损耗和频率的关系进行了分析计算。结果表明,这种光纤在太赫兹频段具有良好的传输特性,大大优于传统的金属波导,且该类型光纤还具备良好的弯曲性能,在太赫兹频段具有重要应用价值。     

Design and fabrication of 0.5 micron GaAs Schottky barrier diodes for low-noise terahertz receiver applications

Recent technological advances have made possible the development of heterodyne receivers with high sensitivity and high spectral resolution for frequencies in the range 1,000–3,000 GHz (1–3 THz). These receivers rely on GaAs Schottky barrier mixer diodes to translate the high-frequency signal to a lower frequency where amplification and signal processing are possible. At these frequencies, the diode quality is a major limitation to the performance of the receiver. The design, fabrication and DC evaluation of a diode for this frequency range is presented. A figure-of-merit cut-off frequency of over 10 THz is achieved with a record low zero biased capacitance of 0.5 fF. Results from RF tests are also given.     

0.14 THz折叠波导行波管盒型窗设计与制作

研究用于0.14 THz 折叠波导行波管的盒形窗结构,采用三维模拟软件 HFSS 进行计算与优化,设计出基于蓝宝石窗片的盒型窗结构.分析了结构参数对盒形窗电压驻波比的影响,主要结构参数在±0.01 mm范围变化时,盒形窗电压驻波比仍然低于1.2,保证零件加工的可行性.装配完成盒形窗测试结构,冷测结果显示,在0.135 THz~0.145 THz范围内衰减系数为0.7 dB左右,满足整管要求.     

高效率曲折槽波导毫米波行波管设计、制造和冷测

本文提出一种适用于工作在毫米波段(85～110 GHz)的带状注高效率曲折槽波导毫米波行波管,并进行了参数优化设计、加工制造和冷测实验研究.曲折槽波导首次采用一次改变周期相速跳变技术提高带状注毫米波行波管电子互作用效率.文中加工制造了三种不同周期个数(包含相速跳变和均匀相速两种类型)的曲折槽波导,并进行了S参数测试,其...     

工艺参数影响的D波段行波管盒型窗分析

由于尺寸较小,D波段行波管盒型窗对各个参数的影响较为敏感,因此使用CST软件对蓝宝石窗片的盒形窗进行优化设计。从各个工艺参数出发,对窗片金属化层的内径和厚度,以及焊料层的厚度和圆波导高度等的影响进行了软件仿真分析,得到了优化后最佳值为10GHz的带宽,即在133GHz144GHz范围内,驻波比低于1．2。最后加入整个慢波结构和衰减瓷的模型中进行计算,得到了驻波比低于1．4的结果,满足整管指标要求。     

一种应用于太赫兹频段的平面In0.53Ga0.47As耿氏二极管

介绍了一种InP衬底上的平面In0.53Ga0.47As耿氏二极管的设计、制作和测试方法。为了提高器件的输出功率,使用Advanced Design System 2011仿真软件设计了50 ?共面波导馈电结构作为器件电极,减少测试功率损耗;同时在版图设计时加大了金属电极面积,改善器件的散热效果。测试结果表明,当所加电压为4.4 V时,沟道长度和宽度分别为2 μm和120 μm器件的基波振荡频率为168.3 GHz,输出功率为-5.21 dBm。这种高功率平面结构耿氏二极管在太赫兹频段具有巨大的应用潜力。