太赫兹折叠波导慢波结构止带振荡器

为实现太赫兹新频段的开拓,满足太赫兹应用对实用化功率源的需求,研发了太赫兹折叠波导慢波结构止带振荡器。器件工作在慢波结构的止带附近,利用高耦合阻抗的特点,完成强注波互作用,实现大功率、小尺寸的太赫兹源。实验验证的振荡器样管采用了折叠波导慢波结构,工作电压为23.1 kV,工作电流为150 mA,在振荡频率为124.45 GHz时,最大脉冲输出功率达到32 W。实验结果表明,该器件适于作为开拓新频段的探索,能够满足高功率、窄带宽需求的太赫兹应用。     

金属光栅发出太赫兹脉冲

英国斯特拉思克莱德（Strathclyde）大学的研究人员发现，发射超短脉冲到镀金纳米结构光栅是产生太赫兹脉冲简单易行的方法。利用该方法产生的太赫兹波功率和利用最好的无机晶体相当，而且可以进一步优化产生更高的功率。     

0.34 THz相对论返波振荡器实验

利用相对论返波管(RBWO)产生纳秒脉宽、千瓦量级功率的太赫兹脉冲辐射对太赫兹技术的应用具有积极意义。本文对0.34 THz-RBWO进行了粒子模拟与设计,通过微精密加工得到了平均直径6.8 mm,波纹深度0.1 mm,周期0.26 mm的正弦周期慢波结构,并对0.34 THz-RBWO进行了初步的实验。文中对0.34 THz脉冲信号脉宽、频率、功率参数的测量原理进行了研究。通过初步实验测试,0.34 THz-RBWO辐射波脉冲宽度2.1 ns,频率范围0.32 THz~0.36 THz,功率为375 kW。     

矩形波导加载光栅结构的太赫兹振荡器（英文）

采用矩形波导加载光栅的慢波结构作为太赫兹返波管的高频结构,通过理论分析和电磁仿真研究了该慢波结构的色散特性和互作用阻抗,理论分析结果和仿真结果能很好地吻合.在理论分析的基础上,设计了一个中心频率为340 GHz的返波管,经粒子模拟软件计算,在较低电流密度的情况下该返波管输出功率达100mW且可调带宽约30 GHz.     

太赫兹返波振荡器的应用及研究进展

太赫兹返波振荡器是一种功率高、宽带可调谐、可在常温下连续波工作的辐射源。本文介绍了太赫兹返波振荡器在太赫兹技术研究中的应用需求及其发展现状,说明返波振荡器在太赫兹技术研究中的重要作用和前景,并对太赫兹返波振荡器的最新动态、技术难点进行了分析,可供该种管型研究的参考。     

正弦波纹太赫兹慢波结构高频特性研究

针对真空电子太赫兹辐射源的发展需要,本文分析和设计了一种微型正弦波纹慢波结构。利用三维电磁仿真软件研究并分析了其高频特性,并对主要结构参数进行了优化,给出了不同参数下的色散特性和耦合阻抗。仿真结果表明:增加波纹深度可降低电磁波相速,同时增大耦合阻抗;缩短周期长度可提高工作频率;增大横截面宽度可降低相速;降低电子注高度可提高耦合阻抗等。     

太赫兹扩展互作用振荡器的矩形耦合腔特性研究

本文选用矩形耦合腔作为太赫兹扩展互作用振荡器(EIO)的慢波结构,鉴于其结构的复杂性,采用等效电路方法计算其色散.详细研究了腔体和耦合槽的电路参数,计算了不同结构尺寸、圆形和矩形电子通道的0.12THz和0.225THz慢波结构的色散特性.并采用专业电磁软件,研究了不同结构参数下的色散特性、耦合阻抗和特征阻抗.通过对色...     

太赫兹双通道行波管高频系统

设计了一个基于交错双光栅的双路并联慢波结构,该结构采用两注电子及均匀恒磁场聚焦系统,具有平面二维结构。对该慢波结构的色散等冷测特性进行了详细研究,采用功分器和传输变换结构构成高频互作用电路,输出口为WR-2.8标准波导口,在305 GHz~335 GHz获得较好的传输特性,反射系数S11＜?15 dB,传输系数S21＞?4.4 dB。利用三维粒子模拟计算的方法,分析比较了单路及双路行波管放大特性。在电流密度53.57 A/cm2情况下增益达到14.586 dB,是一种极具发展潜力的太赫兹器件。     

非共线相位匹配太赫兹波参量振荡器级联参量过程的研究

在铌酸锂晶体非共线相位匹配太赫兹波参量振荡器中观察到了级联光学参量效应.实验中测量到了一阶、二阶和三阶斯托克斯光.通过分析一阶、二阶和三阶斯托克斯光谱发现相邻阶斯托克斯光频率差相等,表明在太赫兹波的产生过程中发生了级联光学参量效应.在高阶级联光学参量过程中,一个泵浦光子可以产生多个太赫兹光子,表明在太赫兹波产生过程中量子转换效率会有效提高.     

光栅对石墨烯太赫兹光学性质的影响

在不考虑等离激元诱导效应的情况下,利用玻尔兹曼平衡方程方法从理论上研究了金属光栅结构对石墨烯光电导率的直接影响。研究发现由于光栅对入射光的动量补偿作用,光栅对石墨烯的带内光电导率产生了显著的影响,使得在石墨烯的太赫兹吸收窗口区域出现光电导率峰,并且该光电导率峰可由光栅周期、电子浓度以及温度来调控。该研究有助于深入理解光栅结构对光电材料的影响,并表明光栅-石墨烯体系可以应用于可调谐的太赫兹光电器件,如太赫兹探测器。     

矩形缺陷光子晶体太赫兹波波导的慢波特性

设计了一种工作于太赫兹波段的矩形孔缺陷光子晶体慢波波导。首先分析三角空气孔型光子晶体的带隙特性,引入线缺陷形成波导,并将邻近缺陷空气孔设为矩形,通过分析矩形孔尺寸对波导的带隙结构、群速度的影响,确定孔尺寸;研究缺陷宽度对缺陷模式的影响,并通过优化将缺陷模式频率移到目标频率338 GHz处,最终在布里渊边界处实现了c0/1543(c0=3×108m/s)的低群速度,证明了矩形缺陷光子晶体太赫兹波导良好的慢波特性。     

0.5 THz双电子注返波管注波互作用的高频结构优化

返波振荡器是一种重要的真空电子学太赫兹源,具有高功率、高工作频率和宽带调谐等特点。为提高圆形电子注与光栅慢波结构的互作用,提出一种双电子注嵌入矩形光栅的慢波结构,使电子注与光栅表面电场更好地充分相互作用,从而提高互作用效率和输出功率。通过数值求解和仿真计算其色散特性,结果表明,相比于相同结构参数的普通矩形单栅,该结构可以实现更高的工作频率和耦合阻抗。利用CST进行PIC仿真,优化结构和电子注参数,最终得到工作频率501 GHz,10.6 W的稳定输出。研究成果为设计0.5 THz的返波管提供了理论指导。     

E波段折叠矩形槽波导行波管的研究

分析了一种适用于E波段81~86 GHz空间行波管的新型慢波结构——折叠矩形槽波导.折叠矩形槽波导来源于传统的矩形槽波导,将E面沿其纵向来回弯曲而形成.利用电磁场仿真软件Ansoft HFSS设计优化并最终确定了E波段折叠矩形槽波导的关键几何尺寸.同时,模拟仿真出了折叠矩形槽波导在中心频率f=83.5 GHz处的耦合阻抗沿x和y方向上的变化趋势,得出其可通过加载带状电子注获得更高的平均耦合阻抗.利用CST粒子工作室模拟得出:折叠矩形槽波导行波管在中心频点83.5 GHz处输出功率为210 W,电子效率达到8.05%.     

双谐振腔长脉冲相对论返波振荡器研究

延长输出微波脉宽是提高输出平均功率水平的一种重要技术途径.受限于“脉冲缩短”这一国际难题,通常高功率微波源输出微波脉宽较窄.相对论返波振荡器是一种高功率、高效率、可重频运行的高功率微波源,获得了广泛研究和应用.在长脉冲相对论返波振荡器研究方面,现有研究方法很难兼顾长脉冲与高效率.针对上述问题,提出了一种双谐振腔长脉冲相对论返波振荡器的设计方法:采用双谐振腔降低射频场;利用非均匀慢波结构增强束波作用;引入大半径收集极减少电子轰击产生的二次电子的数量.实验结果表明,该器件与现有的长脉冲相对论返波振荡器相比,可以在延长输出微波脉宽的同时提高器件束波作用效率.     

电子注通道形貌对折叠波导慢波结构的影响

折叠波导结构是一种极具潜力的太赫兹行波管慢波电路.分析了电子注通道形貌对折叠波导高频特性的影响,包括色散特性、耦合阻抗和衰减特性.仿真结果表明,相比于圆形电子注通道,矩形电子注通道的折叠波导结构色散要略微陡一些,损耗也要略微高一些.在中心频率处,矩形电子注通道结构的耦合阻抗比圆形电子注通道结构低0.5Ω左右.皮尔斯小信号理论表明,在中心频率处,矩形电子注通道结构和圆形电子注通道结构的增益速率分别为4.85 dB/cm和5.22 dB/cm,具有相似的3 dB带宽,约为6.3 GHz和7.2 GHz.粒子模拟表明,对于矩形和圆形电子注通道,54 mm(100个周期)的折叠波导慢波结构在220 GHz增益分别为24.42 dB和28.44 dB.     

0.14 THz折叠波导行波管慢波结构设计与加工

使用一种显式方法对0.14 THz折叠波导行波管慢波结构进行了快速设计,并通过解析模型、等效电路模型以及电磁场仿真软件(CST MWS)对结构的色散关系和耦合阻抗进行了计算。计算结果表明,0.14 THz附近的色散较为平坦,耦合阻抗在1Ω左右。为了满足大功率输出需求,对初始结构尺寸进行了部分调整。CST PS互作用模拟结果表明,在0.14 THz附近,输出功率大于1 W。用微电火花(EDM)和微铣削方法分别进行了加工实验,结果表明,两种方法在尺寸精确度上均能满足指标要求,微铣削加工能获得更平整、表面粗糙度更好的槽底。     

0.85THz可调谐式折叠波导再生反馈真空电子学振荡器的理论及实验研究

本文提出了一种适用于850 GHz太赫兹波成像系统的可调谐再生反馈振荡器。使用UV-LIGA微加工工艺制作慢波结构,可满足折叠波导在太赫兹频段的尺寸需求。使用CST微波工作室对折叠波导色散特性进行设计,同时针对于行波管和再生反馈振荡器中折叠波导的结构,阐明了影响频率调谐的因素。此外,对带衰减的反馈回路进行仿真模拟,并使用三维粒子模拟验证了整体设计。改变电子注电压可实现振荡频率可调,振荡从单频状态逐渐变为多频状态,整体输出功率均大于200 mW。     

0.22 THz折叠波导慢波结构微细WEDM加工技术

0.22 THz 折叠波导慢波结构具有尺寸小,刚度低,精确度与表面光洁度要求高,结构复杂的特点。若采用微数控铣削加工方式,加工产生的应力易造成零件变形。微细电火花线切割加工技术为无刚性电蚀加工,非常适合慢波结构的微细加工。本文从微能脉冲电源、微细电极丝、表面质量、表面残余应力等方面,介绍了0.22 THz 折叠波导慢波结构微电火花线切割加工技术,实践证明：采用微电火花线切割加工工艺加工出的0.22 THz 折叠波导慢波结构,经测试满足了设计要求。     

THz返波管圆波导梳状慢波结构的研究

该文利用三维电磁仿真软件模拟计算了THz圆波导梳状慢波结构的负1次返波的色散和耦合阻抗。结果证实：在430-570GHz频带内,慢波结构内半径为0.175mm,约为中心频率波长的0.292倍;在760-940GHz的频带内,慢波结构内半径为0.1mm,是中心频率处波长的0.392倍。该结构较大的径向尺寸有利于提高电子注通过率。这种结构负1次返波的耦合阻抗较小,基本上小于1 ,很好解释了现有THz返波管的电子效率小于0.01%的事实。     

220 GHz折叠波导慢波结构的有损参数化模型

建立了自洽的考虑波导璧损耗的折叠波导等效电路模型,用来计算该慢波结构周期TE10模式中各次空间谐波的相速度,耦合阻抗和线衰减系数.分析结果将会用到220 GHz折叠波导返波管一维束波互作用模型的计算中.当微波频率上升到太赫兹波段时,粗糙波导表面电流导致的壁损将不能再忽略不计.进一步研究表明,起振电流和输出功率水平将和损耗特性的计算密切相关.从原有模型发展而来的有损电路模型可以给出更准确损耗估计.建立了折叠波导慢波线三维谐振腔模型来验证本文的等效电路理论,有较好的吻合.采用了该理论导出参数的一维束波互作用模型和三维数值PIC方法同样有很好的一致性.