脉宽对激光撞击电子辐射峰值影响的模拟计算

为了研究激光脉宽对撞击电子后产生的辐射能量分布, 采用模拟计算的方法, 以Lorentz方程以及电子辐射方程为基础, 建立了紧聚焦激光作用于静止单电子模型, 并通过MATLAB软件模拟了不同脉宽下的激光脉冲与电子作用后产生的电子辐射能量分布, 对飞秒紧聚焦椭圆偏振激光脉冲的脉宽与电子间的辐射功率峰值进行了深入研究。结果表明, 当紧聚焦激光脉冲遇到静止单电子, 在激光脉冲撞击电子时, 电子会发出辐射; 散射辐射在散射方向的中心呈尖锥状积累; 随着激光脉宽的增加, 辐射功率分布逐渐呈现出双峰形; 脉冲宽度越宽, 电子辐射功率峰值越小, 脉宽为10λ₀时的峰值功率仅为脉宽为0.1λ₀时峰值功率的1%(初始脉宽λ₀=3.33fs), 同时辐射功率达到峰值所需时间越长, 最高峰的持续时间越长, 频谱函数的截止频率越低, 高频分量变少, 谐波次数增加。该结果对激光空气等离子体诊断方面具有重要意义。     

电子初始位置对高能电子空间辐射的影响

为了探究高能电子辐射与其初始位置间的关系, 依据拉格朗日方程构建了单个高能电子与高斯激光脉冲相互作用发生散射的模型, 并采用数值模拟的方法通过MATLAB获得了电子运动轨迹及散射光的空间辐射特性, 具体分析讨论了电子初始位置对空间能量辐射的影响。结果表明, 初始状态静止的高能电子经与线偏振紧聚焦强激光相互作用, 其在平面内沿+z方向先做振荡运动, 然后沿直线行进; 最大辐射能量及其辐射方向均受到电子初始位置的较大影响, 前者随电子初始位置朝z轴正向移动出现极大值, 而后者在方位角恒定的同时极角逐渐减小并最终稳定; 全空间最大辐射能量在电子初始位置位于(0, 0, -7λ₀)(λ₀为激光波长)、极角和方位角分别为23.5°和180°时取得。此结果说明通过合理设置电子的初始位置可以获得强度尽可能大的辐射。     

初始位置对电子运动轨迹和空间角辐射的影响

为了探究在圆偏振激光脉冲中电子初始位置对其运动轨迹和空间角辐射的影响,根据非线性汤姆逊散射模型、能量方程以及拉格朗日方程推导出了高能电子的空间运动方程,并与MATLAB数值模拟的方法相结合,做出了高能电子空间运动轨迹图和空间角辐射模拟图。结果表明,电子在涡旋横向力的作用下在全空间运动的前部轨迹呈紧密分离螺旋状,而后部轨迹由空间间隔遥远的稀疏圆组成,随着电子初始位置的右移,空间角辐射达到最大值时,极角θ和方位角φ的值有不断减小的趋势,在z₀=5λ₀后趋于稳定,(θ,φ)=(23.5°,175.5°);激光脉冲中电子初始位置的改变对电子的运动轨迹和空间角辐射有较大影响。该结果为后续研究电子初始位置对高能电子辐射特性的影响奠定了基础。     

基于特征模分析的超表面天线小型化设计

将超表面结构作为天线的辐射单元,可以降低天线剖面,拓展其带宽,并改善其辐射性能。特征模分析的方法可以用来揭示超表面天线的小型化机理并提供设计思路。基于此方法,设计了3个小型化的超表面天线,并进行了仿真验证。3个超表面天线的辐射单元尺寸分别减小到0.53λ₀×0.51λ₀,0.50λ₀×0.49λ₀和0.35λ₀×0.29λ₀,与4×4方形贴片单元构成的超表面天线相比,尺寸均缩减了20%以上,实现了超表面天线的小型化。     

钡化合物辅助激光刻蚀石英玻璃的实验研究

为了提高石英玻璃对普通脉冲红外激光的吸收效率,用钡化合物粉体覆盖层辅助1064nm红外激光刻蚀石英玻璃,采用能谱仪和X射线衍射分别对BaCrO₄,BaCl₂和Ba（OH）₂粉体覆盖层辅助激光刻蚀石英玻璃得到的刻槽底面刻蚀产物进行了测试和分析,对3种刻蚀方法的刻蚀机理进行了理论分析和实验验证。结果表明,BaCrO₄和Ba（OH）₂粉体的刻蚀机理都存在化学反应去蚀石英玻璃的作用,二者去蚀率都较高;BaCl₂粉体的刻蚀过程中无化学反应起到去蚀作用,去蚀率低下。这一结果对激光加工石英玻璃的工业应用提供技术基础。     

太阳能电池与反射阵天线的一体化集成设计

提出了一种与太阳能电池板集成的反射阵天线。用太阳能片底部金属层作为反射阵单元的辐射贴片,使得照射在太阳能电池上的光照不受天线遮挡,实现了最大化的光电转化效率。反射阵单元尺寸为0.4λ₀×0.4λ₀。单元相移范围达到543°。用该单元组成了单元数为15×15的反射阵列天线,阵面口径大小为690 mm×690 mm(6λ₀×6λ₀)。采用标准增益喇叭天线作为反射阵馈源。仿真结果表明,在2.6 GHz反射阵的增益达到22.5 dBi,口径效率为39.5%。     

激光脉冲初始相位对电子辐射的影响

为了研究超短超强椭圆偏振激光初始相位对于高能电子辐射特性的影响, 采用了Lorentz方程与电子能量方程构造高能电子与强激光场的对撞模型的方法, 并使用MATLAB进行数值模拟, 获得了电子的运动轨迹以及激光场空间辐射的功率与能量分布的数据与图像, 对不同的激光初始相位所对应的3维空间辐射特性进行了研究。结果表明, 当激光脉冲撞击电子时, 电子产生辐射, 且辐射功率呈现出双峰形; 高能电子的辐射功率图像在初始相位为0°, 180°和360°时表现为对称型双峰, 而在其它相位下则呈现出非对称型双峰。该结论为超短超强椭圆偏振激光的初始相位3维反探测研究提供了一定的基础。     

三端口宽带极化可重构紧耦合天线阵列

提出了一种三端口宽带极化可重构紧耦合天线阵列。该阵列单元由蝶形偶极子、阻抗变换器和巴伦组成,通过最大功率传输效率法(MMPTE)优化出天线三个端口的所需最优激励分布,从而实现天线在左旋圆极化(LHCP)和右旋圆极化(RHCP)以及在方位角平面任意角度线极化(LP)多种辐射模式之间的切换。最终优化得到的阵列的尺寸为π×60² mm²×30 mm(π×0.7²×0.35λ₀³=0.549λ₀³,其中λ₀为中心频率处的自由空间波长)。测试结果表明,该阵列在左右旋圆极化和线极化状态下的相对阻抗带宽(|S₁₁|<-10 dB)都为50.7%,且3 dB增益带宽基本能覆盖阻抗带宽。左右旋圆极化轴比小于3 dB,并且轴比带宽(AR<3 dB)可以覆盖整个阻抗带宽。在3.5 GHz处,阵列在各种极化状态下的最大实际增益均大于8.8 dBi。     

基于渐变折射率超表面的宽带高增益端射天线

提出了一种基于渐变折射率调制超表面的紧凑、宽带化、高定向性端射天线。该天线采用阶梯微带线-槽线结构作为馈线、准八木天线作为馈源、所设计渐变折射率超表面作为寄生结构,既可实现天线带宽拓展,又具有增益提升效果。仿真结果表明,天线可以在紧凑化尺寸情况下(尺寸为0.644λ₀×0.729λ₀×0.017λ₀,λ₀为中心频点所对应的自由空间波长),实现3.66～9.13 GHz频带内的良好阻抗匹配,相对带宽为85.5%,同时,在宽频带范围内,天线的增益浮动在4.78～8.81 dBi,且具有良好稳定的辐射特性。所提出的紧凑、宽带高定向性端射天线可以应用于空间受限的走廊、隧道等平台环境中。     

紧聚焦强激光脉冲中电子的非对称性辐射

为了获得紧聚焦脉冲激光作用下电子的辐射特性,采用非线性Thomson散射理论和线偏振紧聚焦激光脉冲与单电子的相互作用模型,利用MATLAB完成数值模拟,获得了电子的运动特性、不同观测角度下的功率与能量分布,以及最大辐射方向上的功率与能量.结果表明,与平面波激光脉冲作用下的非线性Thomson散射现象相似而又不同,在紧聚...     

一种适用于波束扫描的宽带低剖面介质谐振器天线

近年来,为解决传统介质谐振器天线（dielectric resonator antenna, DRA）体积庞大等问题,新颖的低剖面DRA如介质贴片天线和平面介质天线被提出并迅速成为研究热点.然而,现有的低剖面DRA设计要么平面尺寸较大（>0.5λ0×0.5λ0）,要么带宽较窄（<10%）,限制了它们的实际应用.文中提出了一种具有小型化平面尺寸的宽带低剖面DRA.本天线采用介质贴片设计,顶部为高介电常数的介质贴片,中间为低介电常数的介质基板,底部为缝隙馈电结构.缝隙馈电结构可激励起介质贴片谐振器的基模TE111和高次模TE131两种工作模式,这两种模式的场分布在贴片边缘部分存在基模场强较弱而高次模场强较强的显著区别.本设计巧妙地利用了该区域的模式场强区别,通过略微增加贴片边缘部分高度来显著影响高次模谐振频率而轻微影响基模谐振频率,从而将高次模TE131的谐振频率迅速下拉并与基模TE111的谐振频率靠近合并,在不增大介质贴片平面尺寸的前提条件下获得宽带工作效果.本天线的三维尺寸为0.35λ0×0.35λ0×0.08λ0 (λ0为中心频率处的空气中波长),线极化实物案例测试结果表...     

左右手材料光子晶体的双重光学滤波功能

为了设计高品质、高性能的光学滤波器件,采用传输矩阵法,研究左右手材料构成的光子晶体（HL）mDl（LH）m的窄带和宽带通道双重光学滤波功能,并进行了计算机仿真。介质层H是左手或右手材料时,随着排列周期数m增大,在频率ω/ω₀奇数倍处均出现单条窄透射峰;当m不等值变化时,ω/ω₀奇数倍处透射峰透射率均下降且下降速度相同,而ω/ω₀偶数倍处通带透射率不变;H为左手材料时,ω/ω₀偶数倍处还出现通带,且m越大透射峰或通带越窄,ω/ω₀奇数倍处及周围还出现多条窄透射峰。结果表明,光子晶体由左右手材料组成时将得到更好的宽、窄带双重光学滤波效果及调制方法。该研究对新型光学滤波器件的研究和设计具有指导作用。     

A curved spiral antenna above a conducting cylinder

A curved spiral antenna above a finite hollow conducting cylinder is analyzed using the method of moments. The effects of cylinder length 2H and cylinder radius r_cy on the radiation characteristics of the spiral are evaluated. As 2H increases, the cross-polarization component of the radiation field in the broadside direction decreases to a constant value (approximately -18 dB). When 2H is greater than one wavelength (λ₀), the input impedance of the spiral above a cylinder of radius r_cy=0.25 λ₀ is almost constant (250-j20 Ω) with a gain of approximately 7 dB. The spiral above a cylinder of (2H, r_cy)=(2.7 λ₀, 0.25 λ₀) shows a 3-dB axial ratio bandwidth of approximately 23%, which is wider than a flat spiral antenna above a flat ground plane of infinite extent     

基于多模谐振的低剖面宽带贴片天线

为了增加贴片天线的工作带宽和改善其辐射特性,提出了一种基于多模谐振的低剖面贴片天线。通过在矩形贴片的非辐射边加载短路壁降低H面的高交叉极化,在贴片下方加载短路销钉提高TM_1/2,0模式的谐振频率（f_1/2,0）;然后在TM_3/2,0模式的零电流位置处切割一个矩形缝隙来激发辐射缝隙模式（TM_RS）,得到低剖面、宽频带和低交叉极化的三模谐振贴片天线;最后通过增加贴片宽度和调整天线结构,降低TM_1/2,2模式的频率（f _1/2,2）,实现了四模谐振。仿真和实测结果表明该四模谐振贴片天线在0.03λ₀的厚度下可将带宽增加到21.7% (2.67～3.32 GHz).     

Grating compensation of third-order fiber dispersion

Subpicosecond optical pulses propagating in single-mode fibers are severely distorted by third-order dispersion even at the fiber's zero-dispersion wavelength (λ₀). Using cross-correlation techniques, the authors measured the broadening of a 100-fs pulse to more than 5 ps after passing through 400 m of fiber near λ₀. The measured asymmetric and oscillatory pulse shape is in agreement with calculations. A grating and telescope apparatus was configured to simultaneously equalize both third- and second-order dispersion for wavelengths slightly longer than λ ₀. Nearly complete compensation has been demonstrated for fiber lengths of 400 m and 3 km of dispersion-shifted fiber at wavelengths of 1560-1580 nm. For the longer fibers, fourth-order dispersion due to the grating becomes important     

Self-phase modulation and dispersion in high data rate fiber-optictransmission systems

The theoretical transmission limits imposed by the interaction of first- and second-order group velocity dispersion and intensity-dependent self-phase modulation (SPM) effects for a range of wavelengths around the zero dispersion wavelength (λ₀) for fibers in which polarization dispersion is negligible are investigated. It is found that increasing the peak input power to 30 mW reduces the transmission distance for data rates greater than 50 Gb/s, if operating at wavelengths shorter than λ₀. Operating at wavelengths longer than λ₀ improves the performance due to the cancellation of first-order dispersion by self-phase modulation. For example, at 50 Gb/s and 30 mW peak input power, the maximum transmission distance is 255 and 162 km, if operating at wavelengths 1 nm longer or shorter than λ₀, respectively. Above 100 Gb/s, higher-order dispersion limits the transmission distance even at wavelengths equal to, or longer than, λ₀. Linear dispersion compensation using a grating-telescope combination can significantly improve system performance for wavelengths where first-order dispersion dominates