能量倍增器法微波脉冲压缩

为了开展S波段能量倍增器脉冲压缩实验,对能量倍增器进行了冷测和热测工作,主要包括对能量倍增器的指标、参数的测量以及在高功率下对能量倍增器的输出功率、功率增益等参数的测量。实验中,完成了微波固态源系统的改造,研制了同步信号控制器,研究了输入输出脉冲宽度对输出峰值功率的影响,并对实验中可能的射频击穿问题进行了研究。在输入功率5 MW时,得到了功率增益7.122,输出脉宽260 ns,输出峰值功率35.35 MW。     

HPM脉冲压缩双路并联功率合成实验

2002年初在HPM脉冲压缩实验中用微波自击穿开关和储能切换法脉冲压缩技术获得了功率339MW，脉宽11．4ns，功率增益79．5倍，重复频率12．5Hz的微波脉冲输出。为了进一步提高脉冲压缩系统的稳定性和输出功率水平，提出了HPM脉冲压缩双路并联功率合成的最新方法，在2004年内进行了实验系统的调试及初步的实验研究工作。     

脉冲压缩系统中气体开关对功率增益的影响

 对高功率微波脉冲压缩系统中气体开关对功率增益的一些重要影响进行了较详尽的理论分析,包括气体开关在导通过程中吸收微波能量,等离子体瞬间功率损耗使得谐振腔固有品质因数的下降,开关导通后等离子体并非理想良导体等,并将这些影响用修正系数来加以体现,对原有的用微波等效电路理论推导出的功率增益公式加以修正,使得理论公式的精确度由原来的60%提高至约85%。     

低功率驱动的高功率微波放大器实验研究

在器件设计上,针对低功率驱动的高功率微波放大器或高增益放大器中的高次模激励和自激振荡问题,采取了降低电子束同器件前端结构耦合等措施,来保证器件在工作区间完全处于放大状态,通过PIC模拟,设计了低功率驱动的S波段高功率微波放大器(电子束:流强7.5 kA,电子能量750 kV),注入微波6.8 kW时,模拟微波输出功率1.7 GW,增益53.9 dB.在Sinus加速器平台上开展了相应的实验研究: 注入微波62 kW时,微波输出功率达到2.04 GW(电子束:流强8 kA,电子能量800 kV), 输出频率 关键词： 高功率微波 微波器件 高增益 模式控制     

紧凑型矩形波导内功率合成器设计

介绍了一种基于常规速调管功率合成和脉冲压缩的微波源系统,为实现多路高峰值功率速调管的功率合成,设计了一种紧凑型、近平面结构的微波功率合成器。在2.856 GHz频点处,合成器各端口反射损耗和相对端口隔离度均大于45 dB。当两路峰值功率为50 MW的微波功率合成时,合成器内的最大场强约为9.6 MV/m,合成效率大于99%。在四端口功率合成器的基础上,通过两级合成可实现一种八端口微波功率合成器,当四路峰值功率50 MW的微波功率合成时,合成器内最大场强约为13.5 MV/m。     

L波段高功率微波脉冲压缩双路并联功率合成结构设计

通过理论研究，提出了采用高功率微波(HPM)脉冲压缩双路并联功率合成的办法，使用同样一套微波源可使微波输出功率比单路输出提高1．5倍以上。脉冲压缩双路并联功率合成，实际使把直接输入型矩形波导腔以开关为对称轴做了一个镜像波导，并把两者连接起来。由于对称，两者工作情况一样，开关至两个H-T口中线之间的距离是1，4波长的奇数倍，其储能腔长是1／2波长的整数倍。开关导通时，开关处可以看作放了一个短路板，这样储能谐振腔就被分为两个对称部分，一起输出脉冲。由于两部分的输出功率大小一样而相位相反，因此，用一个E-T合成器就使两路输入功率相加后输出，输出功率将大大提高。     

相对论返波管驱动的两腔大间隙速调管放大器

在大型功率合成阵列中,为解决现有种子源输出功率不足的问题,提出了利用相对论返波振荡器作为种子源锁定大间隙速调管放大器频率和相位的思路,并进行了由一个相对论返波管驱动一个高功率注入两腔大间隙速调管放大器的理论和初步实验研究。实验结果表明:大间隙速调管的频率被相对论返波管锁定,两个微波源的实时相位差在单脉冲内锁定在16之内,多脉冲间的相对相位差锁定在11之内,锁相时间约40 ns;在注入功率约22 MW时,大间隙速调管的输出功率约230 MW,增益约10 dB。     

X波段同轴多注相对论速调管放大器的初步实验研究

为了提高相对论速调管放大器的工作频率和输出功率,结合三重轴相对论速调管和多注速调管的特点,设计了工作在X波段的同轴强流多注相对论速调管放大器,对强流多注电子束在多注器件结构中的传输、电子束经过输入腔和中间腔后的基波调制以及经过输出腔的微波提取过程进行了实验研究,得到了初步的实验结果.在输入微波功率30 kW,频率9.375 GHz,电子束电压670kV,束流5.3 kA,轴向引导磁感应强度0.8 T的条件下,得到了最大输出微波功率为420 MW,效率为12%,增益为41 dB,输出微波频率与输入微波一致.实验证实了采用同轴强流多注相对论速调管放大器实现X波段高功率微波放大的可行性,为后续更高功率研究打下了基础.     

高功率微波脉冲压缩储能谐振腔的测量与调试

储能谐振腔是高功率微波脉冲压缩系统实验的核心部件，精确测量有关储能腔参数，修正谐振腔尺寸，调整实验系统的微波参数，使储能阶段H—T的泄漏最小、谐振腔的储能效率达到最大是非常关键和必要的。介绍了L波段高功率微波（HPM）脉冲压缩谐振腔的微波参数的测量，并根据微波参数测量的结果对谐振腔进行了调整，使谐振腔的储能效果明显改善；分析了不同气体成分及充气气压与本征频率之间的关系及其抗击穿性，作为工作介质，SF6含量为30％-50％，SF6-N2混合气体综合性能较好的。     

基于圆柱谐振腔的高功率微波脉冲压缩系统

提出了一种新型的基于圆柱谐振腔的高功率级波脉冲压缩系统,介绍了该系统的结构形式,给出了部分关键器件的数值模拟结果,对系统的功率容量及品质因数进行了初步分析.对于高功率微波(HPM)脉冲压缩系统来说,系统的功率容量与最终获取的HPM功率大小密切相关,谐振腔的固有品质因数与系统效率密不可分,工程实践表明,相对于基于矩形谐振腔的脉冲压缩系统,本文设计的基于圆柱谐振腔的脉冲压缩系统功率容量可提高一个量级,谐振腔的固有品质因数可提高5倍以上. 关键词： 高功率微波 脉冲压缩 谐振腔 功率容量     

全固态脉冲功率源驱动Ka波段相对论返波管振荡器

利用基于SOS的固态脉冲功率源进行了Ka波段相对论返波管振荡器(RBWO)的实验研究。该固态脉冲功率源工作电压200~360 kV,工作电流约2.6 kA,脉宽约20 ns,脉冲上升前沿约9 ns。SOS固态脉冲功率源驱动Ka波段BWO的实验结果为:微波频率36~38 GHz,脉宽约10 ns,峰值功率约50 MW,重复频率10 Hz。     

Gain width and rise time studies of pulsed unstable optical parametric oscillators

Gain width and rise time of a pulsed singly resonant unstable optical parametric oscillator have been investigated based on theoretical models of parametric gain and threshold in the spherical wave assumption. A simplified analytic expression for the gain width is derived, which has been illustrated to be of adequate accuracy for the theoretical model. It is demonstrated that the theoretical model and analytic expression are applicable to the plane-parallel resonator when some special values are taken. The gain width and rise time are found to be determined by important parameters, such as cavity physical length, cavity magnification factor, reflectance of the output coupler, input pump peak power, and pump pulse width. PACS 42.60.Da; 42.65.Yj     

放电参数对毛细管放电泵浦的软X射线激光的影响

 以哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家重点实验室中的Marx发生器的放电脉冲波形为基础,理论上模拟计算了在不同放电参数下充氩气的毛细管放电产生的等离子体状态和类氖氩离子3p_3s跃迁线的增益系数的时空演变过程。中心模型中,选取内径为3.1 mm 的陶瓷毛细管并充入初始密度为1.07×10^-6g·cm^-3的氩气,电流脉冲峰值为27.81 kA,脉冲宽度为61.4 ns。改变放电参数进行模拟,结果表明：上升前沿越陡,则增益系数越大,电流脉冲上升时间在20~40 ns,电流峰值在25~40 kA,电流脉冲宽度在50~70 ns范围内,毛细管放电产生的等离子体状态比较理想,可获得较高的增益系数。     

CO2激光脉宽的“流动加宽”——高气压快速流脉冲激励准连续输出CO2激光器研究

本文提出CO₂激光脉冲宽度的“流动加宽”问题,阐明了“流动加宽的条件、特点和要求,光腔安置在放电区下游、或部分与放电区重叠并延伸到下游。流动的技术能够把激光的脉宽“加宽”到约大于气流通过放电区的时间即渡越时间,这是“加宽”脉宽的上限。给出无光辐射时问题的解析解,讨论了增益特性;利用文献[18,19]的理论计算了功率和效率。小信号增益系数每厘米约为千分之几—百分之几,能量效率5—15％,讨论了气体组分比、气压对功率和效率的影响。 关键词：     

紧凑型长脉冲功率模块研制

设计了基于Blumlein脉冲成形网络(PFN)的紧凑型长脉冲功率模块。该模块将两路阻抗各为20Ω的Blumlein脉冲形成网络对称连接于LTD的初级绕组上,并采用同一个气体开关驱动,以保证两路PFN工作同步。PFN采用直角弯折"L"型结构,这种结构既保证了PFN与开关连接紧凑,又将模块横向尺寸缩减至最短,且对输出脉冲波形影响不大。实验结果表明,研制的长脉冲功率模块在10Ω负载上输出脉冲幅值约为135kV,半高宽约为180ns,前沿约为50ns,平顶约为100ns,重复脉冲频率可达到25Hz。     

80 kV可调节高压脉冲方波脉冲电源的研制

研制了80 kV可调节高压脉冲方波电源系统以对ZnO样品特性进行测试,实现电源输出脉宽、重复频率、运行时间可调。系统采用人工形成线、脉冲变压器加可调节负载电阻等技术路线,实现了高压方波脉冲的输出;采用高速数据I/O卡产生序列脉冲信号控制两个火花间隙开关的通断,对人工形成线形成的方波进行截尾,实现了输出方波宽度可调;利用Labview中的图形化控件,编写友好简洁的计算机控制界面;采用光电隔离、光纤传输和供电隔离等一系列措施,提高触发控制系统的抗干扰能力。实验结果表明,最终电源输出电压幅值超过80 kV,输出方波脉冲宽度超过25 s,脉冲前沿小于0.7 s,并且输出电压幅值可调,脉冲宽度在输出范围内可连续调节。利用该电源对ZnO压敏电阻样品进行了测试,得到了较好的ZnO压敏电阻非线性伏安特性曲线。     

磁压对级联爆磁压缩脉冲发生器性能的影响

为了研究负载为mH量级的间接馈电两级级联柱-锥构型的爆磁压缩产生器的基本物理过程和能量转换机理，利用描述爆磁压缩物理过程的2维爆轰磁流体力学程序MFCG(Ⅴ)，以实验模型结构参数为基础模拟计算了一系列模型，分析了磁压对金属套筒径向膨胀速度及膨胀过程的影响。计算结果表明:套筒的径向膨胀速度取决于爆轰压与磁压的共同作用，在爆磁压缩过程的绝大部分时间里，向外膨胀的爆轰压都远大于向内压缩的磁压，因而套筒的径向膨胀速度主要是由爆轰压决定;但是在功率放大级的后半段，也就是发生器电流增长最快阶段，磁压也迅速增长，它的增长大大降低了套筒的径向膨胀速度；在功率放大级的后期，磁压已经超过爆轰压，它对系统设计的影响已经不能完全忽略。     

RF modulation studies on an S band pulse compressor

An S band SLED-type pulse compressor has been manufactured by the Institute of High Energy Physics,Beijing, trying to reach 100 MW maximum input power, which means the output peak power is about 500 MW at the phase reversal time. To improve the reliability at very high power, amplitude modulation and phase modulation with flat-top output are considered, and RF modulation studies on the S-band SLED are presented in this paper.Furthermore, a method is developed using the CST Microwave Studio transient solver to simulate the time response of the pulse compressor, which can verify the modulation theory. In addition, the experimental setup was constructed and the flat-top output obtained in low power tests. Both amplitude modulation and phase modulation methods can give flat-top output, and the average power gain for both methods is almost the same.     

长脉冲X波段多注相对论速调管放大器的初步实验研究

设计了工作在长脉冲的X波段同轴强流多注相对论速调管放大器, 对长脉冲强流多注电子束在多注器件结构中的传输、电子束经过输入腔和中间腔后的束流调制以及经过输出腔的微波提取等过程进行了实验研究, 采用了相应的设计措施以减轻实验中出现的脉冲缩短现象, 得到了初步的长脉冲实验结果. 在输入微波功率60 kW、频率9.378 GHz、电子束电压700 kV、束流4.2 kA、轴向引导磁感应强度1 T的条件下, 重频5Hz输出微波功率为670 MW, 脉宽89 ns, 效率为23%, 增益为40 dB, 输出微波频率与输入微波一致. 从实验上验证了几十千瓦级输入微波驱动X波段同轴多注RKA输出几百兆瓦长脉冲高功率微波的可行性, 为后续更高功率研究打下了基础.     

Dual picosecond dye lasers synchronously pumped by a mode locked cw yag laser

The performance of a novel dual dye laser system synchronously pumped by the frequency doubled output of a mode-locked CW-YAG laser is evaluated in relation to pulsewidth, pulse substructure, pulse spectral width and timing jitter. The behavior of the system is adequately described by a theoretical model which includes the time dependent gain and losses due to frequency bandwidth, cavity length mismatch and output coupler. The jitter is significantly reduced from that obtained with CW gas laser pumping as a result of the shorter pump pulse (50 ns instead of ≈100 ps). A routine operating condition uses 2-plate birefringen filters, 0.8 W pump power at 532 nm, to yield two 2.0 ps pulses having a cross correlation width of 3.8 ps, and 30 mW average power from each laser.