基于连续域束缚态的Smith-Purcell辐射研究

电子掠过周期结构产生的Smith-Purcell辐射(SPR)是一种极具潜力的太赫兹辐射源,近年来连续域束缚态的发展为增强SPR效率提供了机遇。本文利用频域电磁仿真软件对介质光栅的SPR效率进行了分析,并在此基础上利用粒子仿真软件对周期电子团串激励介质光栅实现的超辐射进行了研究。结果表明合适的光栅结构参数可以激发介质光栅的连续域束缚态,介质光栅的连续域束缚态能够显著增强SPR。本研究提供了一种实现高效SPR的方法,有望推动太赫兹辐射源的发展。     

太赫兹Smith-Purcell自由电子激光研究进展

太赫兹电磁波在材料表征、医学成像、无线通信、安全检测等领域有广泛的应用前景,是当前科学研究热点之一。基于自由电子与周期性光栅结构相互作用产生的Smith-Purcell辐射的Smith-Purcell自由电子激光凭借其易加工、可调谐、高功率等优点成为发展高功率太赫兹源的有效途径之一。本文对太赫兹Smith-Purcell自由电子激光的近期研究进展进行了综述,对基于特异Smith-Purcell辐射新型Smith-Purcell自由电子激光以及基于预群聚电子注的Smith-Purcell太赫兹源进行了着重介绍,这两类新型太赫兹自由电子激光结构克服了传统自由电子激光的若干缺点,有望发展为具有重要应用前景的紧凑型、大功率太赫兹源。     

Free electron laser based on the Smith-Purcell radiation

The electromagnetic radiation is sti mulated when anelectron beampasses a metallic periodic structure like adiffraction grating at a fixed distance close to the sur-face.This phenomenon is known as the Smith-Purcelleffect .The radiation mechanism was pred…     

微米亚微米矩形光栅衍射特性的实验研究

本文应用微电子制板技术、电子束扫描曝光和离子刻蚀技术研制成功微米、亚微米级宽度的矩形光栅结构，并对其进行了衍射特性的研究。实验测试数据表明了当光栅的周期接近使用的照明光的波长时，具有明显的矢时衍射特性。     

预调制电子注激励孔阵列中的Smith-Purcell相干太赫兹超辐射研究

研究了在预调制成团的电子注经过孔阵列时所激发的Smith-Purcell超辐射现象。基于Smith-Purcell辐射公式,利用三维模拟软件对采用的结构进行模拟仿真,得到在太赫兹频率段的超辐射电磁波。采用对冲光栅来对直流电子注进行调制,理论求解了对冲光栅中的色散方程,并对其进行数值计算,得其色散曲线。选取发射电压U=50kV,发射电流I=30A/cm2,通过色散曲线得到该对冲光栅的注波互作用频率点在0.3THz,最终的仿真结果为0.31THz,两者有较好的吻合度。孔阵列采用的是周期为0.3mm的单排孔阵列,由Smith-Purcell辐射公式计算电子注二次谐波0.62THz的辐射角度为60°,仿真结果与理论分析保持高度一致。通过对辐射区Ez(t)场的观察,发现二次谐波场的幅值是其基波场幅值的5倍多,说明大部分能量集中在二倍频0.62THz上,这与理论分析吻合较好。     

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.     

用近紫外辐射写入的折射率光栅

据我们所知，这是第一次报导用连续波Ａ＾＋ｒ激光器（３３３－３６４ｎｍ）在近紫外光在１０ｍｏｌ％掺ＧｅＯ２光纤中侧写入折射率光栅，在紫外光功率密度在１．７×１０＾５ｗ％／ｃｍ＾２时感生的折射率数值达到高达１．９×１０＾－４。观察到的光栅表现出的温度稳定性与用Ｋｒ激元激光器（２４３ｎｍ）写入的光栅相同。     

浮雕矩形光栅刻槽深度的衍射测量方法

当激光束投射在浮雕光栅上,透过光栅的衍射光斑就反映了浮雕光栅的表面信息.提出一种浮雕矩形光栅刻槽深度的高精度衍射测量方法.分别采用两个激光波长垂直入射光栅表面,测量透过光栅的0级和1级衍射光强比,实现对光栅刻槽深度的间接测量.此测量方法理论精度优于1nm.给出了对石英浮雕矩形光栅的实验测量结果.该测量方法的突出特点是:所用仪器设备简单,对环境噪声不敏感,测量速度快,特别适用于在线检测.     

光子晶体的Smith-Purcell效应探讨

光子晶体是一种具有光子能带和能隙的一种新型材料,其典型结构为一个折射率周期变化的物体,周期为光波长量级。光子在这类材料中的作用类似于电子在凝聚态物质中的作用,应用前景极为广泛,将是新一代的光子器件的基础。而太赫兹也是近年来大家关注的波段,本文就研究光子晶体的Smith—Purcell效应出发,看其辐射频率,探求能否通过这种效应制作太赫兹源,并从Magic模拟得出了一些数据,说明可行。     

偏心辐射腔内矩形截面倍频晶体温度场研究

对BBO晶体内的非均匀温度场进行了理论研究。通过对腔内BBO晶体工作特点的分析，建立了切合实际的矩形截面晶体热模型。考虑了谐振腔内的基频光束具有高斯分布的特点，同时晶体具有周边恒温冷却、端面绝热等特征，利用热传导方程得到了BBO晶体处于基频光偏心辐射下温度场的解析表达式，同时分析了影响晶体温度场分布的各种因素。偏心辐射矩形截面晶体温度场的研究是对于倍频晶体处于一般工作情况的讨论，对于解决晶体由于倍频的位相失配，提高激光器的倍频转换效率具有指导作用。     

基于光纤光栅的简支矩形板挠度和应变测量方法

提出一种利用光纤光栅传感器测量简支矩形薄板在横向载荷下挠度和应变分布的一种方法.通过在薄板4个不同位置各埋设1根光纤光栅,利用基于可调谐激光原理的光纤光栅传感解调系统检测出应变信息,并结合简支矩形板纳维叶解的前4项计算出决定挠度和应变的必要参数,最终代入矩形板各位置的坐标值即可获得矩形板各点的挠度和应变值.实验采用集中应力的方式对矩形板进行了载荷实验,实验结果与理论模拟相符,证实了该方法的可行性.     

计算机模拟双层矩形位相光栅的实时变分束特征

利用双层矩形相位光栅的实时变分束特征制作新型分束器进行了理论探讨。对2束、3束、4束光分束情况进行了分析，通过计算机模拟，从理论上求出其优化参数。     

三反射镜准光腔Smith-Purcell辐射的研究

三反射镜准光腔作为一种特殊准光谐振系统在特定模式具有较小的衍射损失,同时能有效提高电子注与高频场的互作用效率;采用中等能量的相对论环状电子注激励轴对称的、带有绕射光栅的三反射镜准光谐振系统可以得到相干Smith-Purcell辐射。采用2.5维全电磁粒子模拟程序对该器件进行了粒子模拟,在输入电压为50kV,输入电流为39.4A时,得到频率为97.2GHz,峰值功率为8kW的相干Smith-Purcell辐射输出。     

透射光栅谱仪光谱法测量ICF辐射温度

辐射温度是间接驱动ＩＣＦ研究中一个非常重要的参量。利用透射光栅谱仪,结合光谱还原技术对辐射温度进行测量,并对辐射输运过程作细致的研究。本文介绍了透射光栅光谱还原技术的一般方法,以及在重复频率脉冲激光等离子体Ｘ射线光源上进行ＸＵＶ二极管标定和光栅标定的一般过程。     

二元矩形位相光栅用于高斯光束的空间整形

本文研究了透射式二元矩形位相光栅实现高斯光束空间整形的基本原理,并作了理论推导;提出了光栅加工的技术指标,对实验工作作了具体描述,并分析了实验结果。透射式二元矩形位相光栅的主要技术指标为:栅槽宽度:1.5mm;栅槽深度:0.55μm;光栅有效尺寸:15mm;透射率:大于90%;波长覆盖:0.55μm～0.65μm;破坏阈值:平均功率10W。整形参数:功率效率:大于75%;能量效率:大于90%;衍射距离要求:大于10m;整形后光束强度的径向非均匀起伏:小于9.3%。     

矩形光栅衍射效率的一般表达式及其缺级现象

在标量衍射理论基础上，采用透过率函数的傅里叶级数展开和复振幅的傅里叶变换方法给出了计算斜入射下矩形光栅衍射效率的一般表达式；分析了矩形光栅衍射光谱中出现缺级现象的机理，并归纳出了缺级与占空比的关系式。同时，通过数值算例阐述了VCD、DVD和CD-ROM信号读出头光栅和用于制作光纤光栅的相位掩模板在理论设计与具体应用上的差别。     

线偏振超高斯光束通过矩形浮雕光栅的传输

利用严格的“逆规则”傅里叶模式理论,研究了超高斯光束在特征尺寸可与波长相比拟的矩形浮雕介质光栅中的传输,分析了光束中心入射角、入射点位置、光束束宽对栅体内光强空间分布及其对称性的影响。最后,数值比较了它们的相对误差为1％时,对光强空间分布形状的影响,结果表明入射点的纵坐标z0的误差可容度最小,束宽ω0最大。     

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.