Ka波段绕射辐射振荡器的辐射功率测量

给出了Ka波段相对论绕射辐射振荡器(RDG)的辐射功率测量方法和实验结果。器件采用带反射器两段式过模慢波结构,由于器件的过模结构特点,实验选择用空间积分方法测试辐射功率。在准确标定测量系统的基础上进行了热测实验,得到了辐射模式图和辐射总功率。测试结果表明:微波辐射功率超过300 MW,信号脉宽大于10 ns,辐射频率介于34~38 GHz之间,辐射模式为TM0n模。     

太赫兹波纹圆波导模式变换器的优化设计

提出一种基于复功率守恒技术(CCPT)的广义散射矩阵(GSM)优化方法设计太赫兹波纹圆波导模式变换器。与传统的基于耦合波理论(CWT)的优化方法不同, 广义散射矩阵法对模式变换系统进行准确的全波分析,避免了耦合波方程组在计算反向波幅值时的数值计算困难,缩短了计算时间。广义散射矩阵法、耦合波法和HFSS仿真法结果吻合很好,前者耗费时间远小于后两者。该研究为太赫兹源的径向渐变波纹圆波导模式变换器研究提供了一种重要的理论分析手段。     

等离子体填充二维金属光子晶体色散特性研究

 提出了等离子体填充的二维金属光子晶体模型,采用时域有限差分法研究了等离子体填充的二维正方晶格和三角晶格金属光子晶体的色散和带隙特性.对比分析了两种结构中等离子体密度对TM及TE模式传播特性的影响规律.研究发现,由于背景等离子体的引入,二维金属光子晶体的色散曲线明显往高频方向移动,等离子体密度的改变可同时控制TE和TM模的带隙位置和禁带宽度.这些特性使得二维等离子体金属光子晶体在设计可调谐光子晶体器件方面具有潜在的应用价值.     

具有反射器的绕射辐射振荡器的模拟研究

分析了具有反射器的8 mm波段相对论绕射辐射振荡器,其高频系统为周期盘荷慢波结构,并且在电子注的输入端加有圆柱形同轴反射器。利用HFSS软件计算S11参数来确定反射器的结构尺寸。对该结构进行了PIC模拟,分析了该结构中注波互作用的非线性过程和反射器对该器件性能的影响。研究发现存在一个最佳反射器的位置,使注波互作用的效率高、频谱好。     

太赫兹频段一维介质光子晶体中的史密斯-帕塞尔辐射特性模拟

基于Smith-Purcell(SP)效应,采用粒子模拟的方法探讨了电子束团激发一维介质光子晶体中的SP辐射特性.模拟研究了单个束团激发一维介质圆柱光子晶体产生的SP辐射现象,并对周期束团激发的THz频段的相干SP辐射进行了模拟分析.研究表明,提高介质的相对介电常数和增加光子晶体的层数都可使辐射强度增加,选择合适的参数能够有效地增强THz频段的相干SP辐射强度.     

同轴波导FEL放大器的非线性分析

以同轴波导、同轴混合磁铁摇摆器为模型,导出了自洽的注波三维非线性方程组,在考虑了电子初始速度零散效应、空间电荷波效应的影响及电子注在互作用区入口处的绝热压缩过程的基础上,编制了相应的计算软件。同时,通过数值分析的方法研究了自由电子激光器的饱和效率、频带宽度等高频特性和变参数摇摆器结构对延缓饱和、提高效率的作用。     

同轴内导体盘荷慢波结构注波互作用机理研究

采用理论分析和粒子模拟方法研究同轴内盘荷慢波结构注波互作用的物理机理。采用场匹配理论得到色散方程,通过数值计算得到了准TEM模的色散曲线及不同电子注电压下注波互作用的增长率;采用粒子模拟技术研究了注波互作用的物理过程。结果表明,随着电子注电压的不断增加,器件的工作状态由返波振荡转换到行波振荡;通过对辐射谱特性进行分析表明粒子模拟结果与理论计算结果基本一致。     

开放光栅中史密斯－帕塞尔超辐射机理研究

采用理论分析和粒子模拟相结合的方法,对连续电子注通过平板矩形光栅产生毫米波段史密斯-帕塞尔(SP)超辐射机理进行了研究.研究结果表明:选择恰当的电子注与光栅尺寸参数,光栅表面慢波将与电子注互作用,使电子注产生群聚,群聚的电子束团将在光栅表面产生史密斯-帕塞尔超辐射,其辐射频率为电子注与光栅表面慢波互作用同步点频率的整数倍,其辐射角度方向与史密斯-帕塞尔公式所预期的基本一致, 表面慢波由于光栅的有限长度也能在其端头以一定的形式辐射出去.     

Ka波段金属光子带隙慢波结构的特性分析

本文研究了由金属光子带隙结构以及金属膜片构建的Ka波段慢波结构的色散特性、工作模式的电场及耦合阻抗.结果表明,采用PBG缺陷结构的平均半径作为封闭边界代替PBG慢波结构的开放边界,从而由色散方程快速得到色散特性,数值计算的结果与模拟及实验结果基本一致;进一步研究表明,工作模式的电场以及耦合阻抗主要分布在慢波结构表面附近.     

预群聚电子束团辐射特性

研究了预群聚电子束团沿周期性理想金属光栅表面平行移动时产生的史密斯-帕塞尔辐射(SPR).详细分析了电子束团能量、束团群聚长度、具有不同电流密度分布的电子束团以及光栅结构对辐射特性的影响,同时研究了多个群聚束团的辐射.分析发现,电子束团能量增加、束团群聚尺寸变小以及光栅周期变短,辐射能量角分布峰值所对应的频率明显向高频方向移动;光栅周期与电子束团参量相同的条件下,三角形光栅辐射能量角分布峰值所对应的频率明显高于正弦光栅;群聚束团尺寸越小辐射能量越大,并且束团的纵向群聚长度对辐射能量与辐射频率起主要作用.研究结果表明,通过合理选择光栅尺寸与束团参量,可获得工作频率锁定的太赫兹(THz)波段辐射.