双共焦波导结构二次谐波太赫兹回旋管谐振腔设计

准光共焦波导具有功率容量大、模式密度低的特点,能够有效地减少模式竞争对回旋管互作用的影响,有利于高次谐波太赫兹回旋管的设计.为提高太赫兹准光回旋管的互作用效率,在共焦柱面波导的基础上,研究了一种新型高频互作用结构——双共焦波导结构,设计了一种330 GHz二次谐波双共焦结构回旋管谐振腔并对其进行了理论分析和粒子模拟.研究结果表明,双共焦谐振腔中的高阶模式能够与高次电子回旋谐波发生稳定的相互作用,并且没有模式竞争现象,具备工作在太赫兹波段的潜力.相比普通共焦波导谐振腔,双共焦谐振腔能够增强准光回旋管的注波互作用强度,提高回旋管的输出功率和工作效率.此外,结果还表明双共焦波导中的电磁波模式是一种由两个独立的共焦波导模式叠加而成的混合模式.利用这种混合模式有望实现太赫兹回旋管的单注双频工作,为新型太赫兹辐射源的研究提供了新的途径.     

Preliminary study of the higher-harmoni ccavity for HLS-Ⅱ

A higher-harmonic cavity will be used to increase the beam lifetime and suppress coupled-bunch instabilities for Hefei Light Source-Ⅱ. In this paper, results simulated by the particle-tracking model confirm that tuning in the harmonic cavity may suppress the parasitic coupled-bunch instabilities. The factors calculated for lifetime improvement are larger than 2.5. The 3rd and 4th harmonic cavities have been designed. In particular, the absorbers and antenna couplers are applied in harmonic cavities to damp the higher order modes. Finally, the 4th harmonic cavity similar to the Duke's RF cavity will be used for HLS-Ⅱ.     

回旋速调放大器输入谐振腔分析及数值模拟

 输入谐振腔将波导输入的高频信号转化为内腔中工作模式的驻波场，以实现对回旋电子注角向速度的调制。对输入谐振腔的同轴谐振腔和两端开孔的圆柱谐振腔分别进行了解析分析，数值计算中引入修正来反应耦合狭缝的影响，几min就能完成一种结构尺寸的计算分析。通过优化得到输入谐振腔的初步结构和尺寸，然后利用三维高频分析软件HFSS进行精确的模拟和修正，提高模式转化效率和纯度，获得了高性能的输入谐振腔。     

微波谐振腔中电子与微波作用的非稳态过程研究

 在微波腔中微波场影响电子的运动，同时电子束作为电流源也产生辐射，影响微波场，这种相互作用包含线性和非线性过程。根据Maxwell理论，微波腔中的实际微波场可以按微波腔的模式展开，而且不同模式与电子束之间的相互作用不同。将电子束作为激励源，根据Maxwell方程和电子受到的洛伦兹力，建立不同模式在电子束作用下的激励方程和电子束电子在不同模式作用下的运动方程（即微波谐振腔中电子束与微波场相互作用的自洽方程组），并由此进一步分析一维情况下单间隙微波腔中微波建场、辐射场呈指数增长和饱和等非稳态作用过程，该过程涉及到电子束与微波作用的线性和非线性过程。     

LHC俘获腔高次模阻抗及抑制研究

为研究LHC俘获腔高次模阻抗的抑制结果,将频域和时域的方法应用于此腔的高次模阻抗的计算中,对装有4个磁耦合高次模抑制器LHC俘获腔(三维情况)做了抑制前后高次模阻抗的计算,得到了详细的腔的高次模频谱和阻抗抑制结果,由此可判断高次模吸收器的吸收效果和是否满足束流稳定性要求以及证实其设计的合理性.同时,模拟结果也显示引入高次模抑制器后腔中仍有一些阻抗值较高、具有潜在危险的高次模,这已引起高度重视并为今后的实验研究提供了重要信息.本文详细论述了用于LHC俘获腔的高次模阻抗计算的三维方法和高次模抑制的计算结果.     

任意时间分布电子束与单间隙微波腔的非线性自洽过程研究

将电子束作为激励源，根据Maxwell方程和电子受到的洛伦兹力，给出了描述工作模式在电 子束作用下的激励方程和电子束电子在工作模式作用下的运动方程（即微波谐振腔中电子束 与微波场相互作用的自洽方程组）.根据该自洽方程组，进一步研究了任意时间分布电子束 与单间隙微波腔的相互作用.通过分析微波腔中电子束与微波作用的线性和非线性过程，给 出了电子束调制深度、微波腔作用间隙对微波输出功率的影响.最后从理论上给出了影响微 波输出功率的综合物理参量. 关键词： 微波腔 模式 自洽方程 单间隙微波腔     

HOMs simulation and measurement results of IHEP02 cavity

In accelerator RF cavities, there exists not only the fundamental mode which is used to accelerate the beam, but also higher order modes(HOMs). The higher order modes excited by the beam can seriously affect beam quality, especially for the higher R/Q modes. 1.3 GHz low-loss 9-cell superconducting cavity as a candidate for ILC high gradient cavity, the properties of higher order mode has not been studied carefully. IHEP based on existing low loss cavity, designed and developed a large grain size 1.3 GHz low-loss 9-cell superconducting cavity(IHEP02cavity). The higher order mode coupler of IHEP02 used TESLA coupler's design. As a result of the limitation of the mechanical design, the distance between higher order mode coupler and end cell is larger than TESLA cavity.This paper reports on measured results of higher order modes in the IHEP02 1.3 GHz low-loss 9-cell superconducting cavity. Using different methods, Q e of the dangerous modes passbands have been obtained. The results are compared with TESLA cavity results. R/Q of the first three passbands have also been obtained by simulation and compared with the results of the TESLA cavity.     

混合谐振模式宽带长波红外超表面吸收器研究

为了满足红外探测器件集成化和对红外宽光谱范围吸收的需求,设计了一种工作在长波红外波段(8~14μm)的超宽带、高吸收、极化不敏感的超材料吸收器。通过在金属-介质-金属三层异质的超材料吸收器结构的顶部金属周围镶嵌一层介质形成超表面,以增加谐振强度和吸收带宽。在8~13.6μm的带宽范围内,该结构有超过90%的平均吸收率,覆盖了大部分长波红外大气窗口波段,对红外探测领域有着重要意义。研究结果表明:镶嵌的金属-介质组成的介质波导模式和谐振腔模式的结合以及传播型表面等离激元模式的激发是形成宽带高吸收的主要原因,并且谐振模式的谐振波长可以通过相关参数来进行调控。本文的研究结果为可调谐宽带长波红外吸收材料的设计提供参考,该设计方法可推广到中波红外波段、甚至长波红外或其它波段。     

Design and simulation of a new type of 500 MHz single-cell superconducting RF cavity

This paper illustrates the design and simulation of a unique 500 MHz single-cell superconducting radio frequency cavity with a fluted beam pipe and a coaxial-type fundamental power coupler. The simulation results show that the cavity has a high r/Q value, a low peak surface field and a large beam aperture, so it can be a candidate cavity for high current accelerators. With the help of a fluted beam tube, almost all the higher order modes can propagate out of the cavity, especially the first two dipole modes, TE₁₁₁ and TM₁₁₀, and the first higher monopole mode, TM₀₁₁. The external quality factor of the coaxial fundamental power coupler is optimized to 1.2×10⁵, which will be useful when it is applied in the light source storage ring.     

单谐振腔束团长度监测器耦合结构设计与仿真

单谐振腔束团长度监测器利用谐振腔内的两个本征模式测量ps量级的电子束团长度,它的关键是如何将两个不同频率的模式互不干扰地耦合提取出来。为解决这个问题,基于低通和带通滤波器的理论,提出了同轴滤波耦合结构和膜片加载波导滤波结构,借助CST微波工作室对滤波器进行建模并仿真得到其S参数。为测试耦合器的应用效果,设计了一套带有该耦合结构的单谐振腔束团长度监测器探头,根据国家同步辐射实验室基于可调谐红外激光的能源化学研究大型实验装置FELiChEM的束流特点,在CST内对所设计的探头进行束流模拟仿真。仿真结果表明,该耦合器可以实现对特定模式的耦合,并有效降低其它模式的干扰,采用同轴滤波耦合结构和膜片加载波导滤波结构的谐振腔监测器可以实现对FELiChEM装置束团长度的高精度测量,测量误差小于2 %。     

周期加速结构单通带色散曲线的研究

提出一种新的分析周期加速结构的方法(腔模法).它首先利用有限元等方法计算出单个加速腔内的电短路和磁短路模式,然后构造出闭模和开模,把耦合腔中的单通带电磁场展开为开模和闭模的线性叠加,再结合耦合孔处开模对应的能通量,经过数学变换后就得到整个结构的单通带色散曲线.     

Study on the RF performance of 2-cell superconducting cavity

The physical design of the 2-cell superconducting cavity is presented. The RF parameters of the cavity and HOMs （high order modes） are reported. In this paper, we put the emphasis on the analysis of the HOMs and interaction between beam and cavity.     

Performance Characteristics of Power Build-Up Cavity for Raman Spectroscopic Measurement

Performance characteristics of power build-up cavity (PBC) as the light source of a Raman spectroscopy based gas sensor were studied. The key parameter to optimize stable and high intra-cavity power operation was beam diameter of the back reflected beam from external cavity to diode laser. The optimum diameter determined by an appropriate distance between the cavity and diode laser was found to be comparable with the waveguide cross section of diode laser for the effective spatial filtering, where inevitable cavity coupling loss caused by slight spatial mode mismatching existed. A PBC with a finesse of ∼10300 achieved a stable TEM₀₀ mode in excess of intra-cavity power of 80 watts pumped by a 10 milliwatts diode laser. Simultaneously, the PBC wavelength is found to be passively locked effectively at 670 +/− 0.15 nm where the center of the gain region exists. A Raman spectrum of nitrogen measurement was demonstrated.     

利用场耦合理论研究微波谐振腔

 根据Maxwell方程，微波腔中的实际微波场可以按微波腔的模式展开，从而确定微波腔的工作特性（如：工作频率、场分布等），但是实际微波腔的模式很难求解。从Maxwell方程出发，根据微波腔的具体边界，将微波腔分成：规则形状微波腔和非规则部分，建立实际微波腔模式同规则形状微波腔模式之间的场耦合方程，从而确定微波腔模式的频率和场分布。     

吸收材料对超导高频腔高次模抑制的实验研究

束流粒子通过加速腔的基模加速,以达到所需的能量值. 由于腔本身的多谐性,束流在超导腔里面会激发起高次模,其中其电场分布对粒子加速起到负面作用的,称之谓有害高次模,减小或抑制有害高次模是加速腔研究的一个重要环节,利用铝模型腔对超导腔的高次模抑制进行研究,给出测量结果,研究表明:铁氧体是很好的微波吸收材料,对于所研究的超导腔内的高次模有着良好的吸收效果.     

耦合孔对微波腔的影响研究

从Maxwell方程出发,将微波腔中的实际微波场按其本征模式展开,进行微波腔的工作特性(如工作频率、场分布等)的研究.在具体处理过程中,根据复杂结构微波腔的具体边界,将微波腔分成规则形状微波腔和非规则(含耦合孔)部分,建立实际微波腔模式同规则形状微波腔模式之间的场耦合方程,从而确定耦合孔对微波腔模式的影响,并对开耦合孔的圆柱腔进行了相应的理论和模拟研究. 关键词： 微波腔 模式 场耦合 圆柱微波腔     

准分子激光等离子体开关控制脉宽研究

 利用准分子激光等离子体技术，在紫外预电离XeCl准分子激光器上获得了最短1.58 ns的短脉冲激光输出。实验中分析了聚焦到薄膜表面的光束能量密度对所产生的等离子体密度的影响，并对不同等离子体密度及维持时间情况下脉冲压缩效果进行了讨论，给出了激光器谐振腔在稳定腔及非稳腔两种工作方式下的实验结果。激光器在稳定腔工作时，脉宽可压缩至2.87 ns；采用非稳腔结构时，在脉冲能量不变情况下减小聚焦光斑面积，提高入射到薄膜表面的能量密度，得到了最短1.58 ns的短脉冲激光输出。该技术适用于任何其它准分子器件。     

新型跑道腔式束流位置监测器

系统提出了一种新的腔式束流位置监测器(BPM),即跑道型腔式BPM,并使用微波工作室软件进行了理论研究和模拟计算,提出了通用设计方法。跑道型腔式BPM的金属腔部分具有跑道形横截面,引出束流位置偏移激励起的一对偶极模式作为束流位置信号。该方案的偶极模式极化方向固定,频率分离,可以解决随机误差产生的横向串扰问题,其理论位置分辨力可以达到15 nm。     

Selective excitation of high-order modes in circular waveguides

The excitation of very high-order modes in circular waveguides has been performed in a cavity with a connected up-taper with a geometry similar to those used in gyrotrons. A Gaussian beam was coupled to the cavity which was made translucent by an array of holes. With the help of a special optics, the amplitude as well as the phase distribution of the beam was matched to the mode to be excited in the resonant cavity. By simple rotation of one mirror to adjust the phase distribution together with the change of frequency to match the resonance condition, a large number of modes could be produced with one experimental set-up. Field measurements in the output waveguide show a high mode purity of the radiation and confirm the calculations. The method can be used for cold tests of electrodynamic systems operating with these modes, e.g. quasi-optical converters for gyrotrons.     

Study on the RF performance of 2-cell superconducting cavity

The physical design of the 2-cell superconducting cavity is presented.The RF parameters of the cavity and HOMs (high order modes) are reported.In this paper,we put the emphasis on the analysis of the HOMs and interaction between beam and cavity.