110 GHz回旋振荡管高频结构优化设计研究

基于广义传输线理论,得到描述谐振腔和注-波互作用特征参数的一阶传输线方程组;编写了冷腔和热腔模拟程序。利用自编程序和专业电磁仿真软件对同一折线渐变结构谐振腔的特征参数做模拟计算,证实了自编程序的可靠性。在工作模式选用TE_22,6时,利用自编程序对两种110 GHz回旋振荡管谐振腔结构（折线渐变结构和圆弧渐变结构）中的模式纯度和注波互作用效率进行了模拟计算研究。结果表明,相对于折线渐变结构,圆弧渐变谐振腔的模式纯度可提高约4.7 dB,互作用效率提高约4%。在注电压96 kV,注电流40 A,互作用磁场约为4.41 T时,圆弧腔回旋振荡管在110.1 GHz输出功率超过1.9 MW,效率约为50%。     

高次模回旋管中的非工作模式抑制研究

将高次模回旋管中的竞争模式分为与工作模式角向指标相同的寄生模式和角向指标不同的暂态模式,选择TE32,5为0.4 THz高次模回旋管的工作模式,对不同类型的非工作模式抑制方法展开讨论。结果表明,针对寄生模式,通过优化设计光滑缓变结构的谐振腔来抑制;暂态模式可以通过精心选择工作模式,深入研究注波耦合系数和不同模式的起振电流,合理设置高次模回旋管电子注电压、电流、横纵速度比、引导中心半径等工作参数,使工作模式在某一工作磁场范围内起振电流最低而优先起振,从而抑制暂态模式起振。     

回旋管单阳极磁控注入电子枪的数值计算

研究了回旋管单阳极磁控注入环形电子注电子枪的设计计算原理。并以8 mm三次谐波永磁包装回旋振荡管电子枪为例,利用自编的程序进行数值计算和优化。讨论了空间电荷的影响和速度零散的改善,得到最佳的电极和电子注参数。电子枪已经应用于8 mm三次谐波永磁包装回旋振荡管研制中。得到了良好的效果。     

220 GHz回旋管模式竞争分析和数值模拟

当回旋管的工作频率提高时,为了增大腔体的半径,通常选择高次模式作为工作模式,这时回旋管中可能存在模式竞争,该文采用线性理论及多模非线性理论分析了所设计的220 GHz回旋管振荡器中的模式竞争问题。编制了起振电流和多模非线性注波互作用计算程序,通过数值模拟计算出每个模式的输出功率对时间的变化情况,验证了回旋管中可能存在的3种平衡状态,证实了设计的合理性。     

大功率回旋管双阳极电子枪计算机辅助设计

根据回旋管对电子枪的要求,采用综合法和分析法设计了该双阳极磁控注入电子枪。编制了一套大型的计算程序;利用计算机辅助设计,给出了电极形状、电子轨迹与电子注参量。计算表明,这种电子枪具有速度零散小、层流性好、体积小等特点。该电子枪更能适应大电流工作情况,已经用于制管实验中。由热测实验表明,它具有明显的优点。     

双频工作同轴双电子注回旋管的理论与实验研究

该文章研究双频工作同轴双电子注回旋管。数值计算和粒子模拟结果表明同轴双电子注回旋管可以同时工作在两个不同的频率,且由于两个电子注间的非线性耦合,高次回旋谐波所对应模式的功率显著增强。完成了双频工作的同轴双电子注回旋管的原理样管加工并进行了验证性实验,实验测得两个工作频率分别为0.11 THz和0.22 THz,输出功率20 kW,并提出了一种分离双频工作同轴双电子注回旋管中两个不同频率电磁波功率的方法。     

3 mm低电压回旋管设计与模拟

设计了一种3mm低电压二次谐波渐变结构复合腔回旋管,采用二次回旋谐波工作可以在获得高效率的同时,降低工作磁场到基波工作所要求磁场的1/2,使磁场系统简单紧凑。选择工作电压为25kV,可以降低回旋管对绝缘的要求和供电系统的体积及重量;采用渐变结构复合腔控制模式竞争和提高效率;工作模式为低损耗的TE02/TE03模式,有利于连续波工作。通过对回旋管中谐振腔结构、模式竞争以及注—波互作用的研究,分析了高频结构特性、寄生模式的抑制和工作参数优化等问题,给出了模拟设计结果。     

回旋管双阳极磁控注入电子枪分析与数值计算

根据回旋管对电子枪的要求,考虑相对论效应和空间电荷效应,编制了一套大型的计算程序.利用计算机辅助设计,计算出了电极形状、电子轨迹与电子注参量.计算表明,这种电子枪具有速度零散小、层流性较好、体积小等优点.     

回旋管双阳极磁控注入电子枪分析与数值计算

根据回旋管对电子枪的要求，考虑相对论效应和空间电荷效应，编制了一套大型的计算程序。利用计算机辅助设计，计算出了电极形状、电子轨迹与电子注参量。计算表明，这种电子枪具有速度零散小、层流性较好、体积小等优点。     

考虑能量守恒的回旋管自洽场理论

本文研究了一种回旋单腔管的自洽非线性理论。高频场是由腔体几何尺寸和交变电子注电流确定的。它不仅满足腔体两端的边界条件而且也遵守稳态下电子注与场互作用的能量守恒关系。应用这个理论数值计算了一种特定的回旋管的参量。讨论了一些因素对回旋管性能的影响。对考虑和不考虑能量守恒的结果作了比较。     

吉瓦级紧凑型L波段同轴返波振荡器的粒子模拟研究

设计了吉瓦级紧凑型L波段同轴相对论返波振荡器,通过粒子模拟研究了器件内束-波作用的物理过程．模拟结果表明,在电子束能量700keV,电子束流10kA,导引磁场为0.9T时,返波振荡器可以在频率1.60GHz处获得较大的微波输出,饱和后输出微波的平均功率达2.2GW,效率约为30％,器件电磁结构尺寸仅为100mm×520mm．     

一种新型多模三通带滤波器

提出了一种基于多模谐振器的新型三通带滤波器.该滤波器由一个多模谐振器和一对馈线构成,多模谐振器结构具有对称性.利用奇偶模理论分析了该结构的谐振特性.该结构6个谐振模式的频率都可以由对应的物理尺寸自由调节;所有谐振模式的等效电路均为1/4波长谐振器,有效地减小了滤波器的尺寸,实现了小型化.同时,一次谐波出现在三倍频处,使得滤波器拥有良好的带外选择特性.在结构中引入枝节之间的耦合,不仅分离了重合的谐振模式,也形成了两个新的传输零点,进一步提高了通带之间的隔离度.最后设计并加工了一款工作于1.5GHz/2.4GHz/3.5GHz的三通带滤波器,测试与仿真结果吻合良好.     

Towards tapered-fiber-based all-fiberized high power narrow linewidth fiber laser

Yb-doped fiber laser (YDFL) is a promising kind of laser source due to high efficiency, excellent beam quality, robust configuration, diverse applications and so on. The progress of large-mode-area double cladding active fiber and high power laser diodes have been continuously promoting the power scaling of the YDFLs. However, the further power scaling is blocked by some physic issues including nonlinear effect, thermal-induced mode instability (MI), optical damage and so forth. So, newly-designed fibers with special structures are invented to address or relieve these limitations. The tapered fiber, which has changed mode area along its longitudinal direction, has been demonstrated to benefit suppressing the nonlinear effect, especially the stimulated Brillouin scattering (SBS) effect. In this paper, we will review the previous work done to explore the advantages of the tapered fiber for high power output, and then for the first time to our knowledge, demonstrate an all-fiberized high power narrow linewidth fiber laser based on a homemade tapered Yb-doped fiber (T-YDF). As a result, an output power of 260 W with a narrow linewidth of ～2 GHz is obtained, with SBS effectively suppressed owing to gradually increased mode area of the T-YDF as well as continuously changed Brillouin frequency shift dependent on the core diameter. Further power scaling is limited by MI, and the features of MI are studied in detail. It is pointed out that, the MI seems the primary and durative limitation factor of the tapered fiber amplifier for high power narrow linewidth output due to the gradually increased effective numerical aperture (NA) and the excitation of the high-order modes, even although it has the advantage to reduce other nonlinear effects. At last, worthwhile discussion about the optimization of the T-YDF and the whole fiber laser system for both SBS and MI suppression is conducted based on the previous and our results. It is concluded that the small diameter at the small-diameter end and low optical NA are preferred in the design of a T-YDF to ensure good beam quality and improve the MI threshold. The good splicing quality and proper coiling or bend state are also necessary.     

Rainbow guiding of the lowest-order antisymmetric Lamb mode in phononic crystal plate

The modern acoustic circuits have experienced significant progress with the development of artificial structures, including phononic crystals, metamaterials or metasurfaces. Among the most intensive topics, the reconfigurable acoustic guides are achieved through several mechanisms. In this work, we report on the rainbow guiding for the lowest-order antisymmetric Lamb(A_0) mode in a phononic crystal plate, where the linear waveguides are constituted by erecting aligned pillars either solid or hollow. We show both numerically and experimentally that the whispering gallery modes(WGMs) in the hollow pillars can be generated by the defect mode that propagates in the waveguide. Then, the reemission of A_0 mode by the WGMs to the outer lateral areas can lead to spatial control of frequency selective wave guidance called "rainbow guiding". Our approach allows for an accurate control of the wave guiding and facilitates the integration of waveguides within other devices in the acoustic circuits.     

0.42 THz-TE17, 4回旋管高效准光模式变换器

针对0.42 THz-TE_17,4模式回旋管研究了一种高效率准光模式变换器。该模式变换器由Densiov型辐射器、准椭圆镜和两个相位校正镜组成。采用了耦合波理论分析波导辐射器的工作机理,矢量绕射理论计算开口辐射器和反射镜面上的场分布,并运用KSA算法和相位解缠绕技术对相位校正镜面进行优化设计。通过编程计算得到的数值计算结果与软件模拟结果高度一致。结果表明从Denisov型辐射器辐出射的能量经过镜面系统聚焦校正之后,在输出窗处转化为标量和矢量高斯成分分别高于99.1%和97.3%的束斑,其能量转换效率高于97.4%。     

空间两连杆柔性构件弯扭耦合振动主动控制

为了研究空间柔性结构的耦合振动，提出一种由柔性杆和柔性梁组成的两连杆柔性构件系统，对此柔性构件系统的弯扭耦合振动进行了研究，运用拉格朗日方程和假设模态法推导了此柔性系统的动力学方程．在柔性杆根部粘贴一只压电扭转驱动器抑制柔性杆的扭转振动，在柔性梁根部粘贴一只压电剪切驱动器抑制柔性梁的弯曲振动．采用一种基于Lyapunov稳定性的速度反馈控制策略进行了实验仿真研究．结果表明, 施控后的系统是稳定的，弯扭的各阶模态均能得到有效抑制，柔性梁末端的位移振动能得到显著衰减．