左手介质对谐振腔谐振频率的影响

在谐振腔设计过程中, 谐振腔的品质因数以及谐振频率都是需要考虑的关键因素. 传统的方法是通过减小谐振腔的尺寸或者利用高次模来提高谐振腔的谐振频率, 但是由于两种方法都有其局限性, 导致设计结果并不理想. 通过理论计算与模拟仿真相结合的方法, 对影响谐振腔谐振频率的因素进行分析, 得出了填充介质的材料属性与谐振腔谐振频率的关系. 理论计算显示: 当用“左手介质”作为谐振腔的填充物质时, 可以在不改变谐振腔尺寸的基础上提高谐振频率. 高频结构仿真器(high frequency structure simulator)的仿真数据也证明了以上结果, 从而得出谐振腔的谐振频率可以不受谐振腔尺寸的限制. 相较于传统理论而言, 研究结论有进一步的发展, 为探索和设计新颖的谐振腔提供了理论依据.     

含有吸收介质的突变结构腔体场匹配分析

采用分区求解场及边界场匹配方法推导出含有吸收介质波导的色散方程及突变结构高频腔体混合模式的场匹配方程。将解析分析与数值计算结合，对回旋速调管放大器高频腔体进行了数值计算，研究了吸收层对波导传播、衰减特性及谐振腔的谐振特性、损耗特性、Q值、场分布的影响。给出了数值模拟主要结果。 关键词： 吸收介质 场匹配 混合模 谐振腔 高功率微波     

Ka波段分布作用速调管多间隙谐振腔研究

谐振腔作为速调管的高频互作用电路,其特性对速调管的功率、效率、增益和带宽等性能具有决定性影响。主要介绍了某Ka波段分布作用速调管谐振腔的设计过程:基于多间隙谐振腔理论,利用电磁仿真软件CST详细分析了谐振腔不同结构尺寸对特性参数,如品质因子、特性阻抗、耦合系数、有效特性阻抗的影响,优化得到谐振频率为35 GHz的五间隙谐振腔的物理结构模型,并给出互作用仿真结果,为Ka波段分布作用速调管设计及其高频注波互作用的计算提供重要的参考和依据。     

X波段五腔渡越管振荡器的高频特性研究

 从麦克斯韦方程出发，采用时域有限差分的方法，对X波段五腔渡越管振荡器的谐振腔进行了高频特性研究，给出了该谐振腔中的TM₀₁模的非π模式的本征频率、Q值以及对应的场分布，并用实验冷测法测出了谐振腔的谐振频率与Q值。数值计算与实验结果比较一致，说明了该高频特性研究结果的可靠性。     

速调管输入腔开放腔的高频特性分析与实验研究

 建立了带输入波导结构的S波段速调管放大器输入腔开放腔模型,利用3维软件对其高频特性进行了数值计算研究,并对输入腔结构进行了优化设计。利用已加工的输入腔进行了高频参数的冷测实验研究,实验中的输入腔结构尺寸与高频分析中的完全相同,实验结果与高频分析结果一致。用3维PIC程序对电子束经过该输入腔后的束流调制以及注入微波的吸收情况进行了模拟。模拟结果表明：该输入腔与微波注入波导匹配很好,注入微波能被电子束和谐振腔全部吸收,在输入腔间隙后37 cm处得到了13%的基波电流调制深度。     

有效抑制光子晶体加载矩形谐振腔中模式竞争的方法

研究了光子晶体加载矩形谐振腔,针对传统光子晶体加载无法完全抑制模式竞争的问题,提出了特性阻抗和介质加载方法进行改进,完全实现了谐振腔的高次模式的单模工作,为抑制高次模式工作的谐振腔中模式竞争的问题提供了一种新方法.在此基础之上,采用解析方法以及高频仿真软件HFSS,设计了一个采用TM₅₃₀高次模式工作的传统光子晶体加载的谐振腔,进一步采用了该新方法对其进行改进,并深入分析了采用这种方法抑制模式竞争的物理原因.计算结果表明,新方法能有效抑制模式竞争,实现谐振腔的高次工作模式的单模工作. 关键词： 光子晶体 谐振腔 模式竞争 特性阻抗     

带状注速调管高频结构的初步研究

 利用3维软件设计并模拟了适用于X波段高功率带状注速调管的“Ⅱ”形谐振腔，根据模拟结果分析了腔体各尺寸对电场均匀性的影响；建立了平面对称结构的3维高频互作用系统模拟平台，应用此平台讨论了扼流器法和漂移管窄壁开槽法这两种抑制漂移管中非工作模式的方法；分析了漂移管的尺寸及漂移头对谐振腔内场分布的影响。研究表明：波导高度、耦合腔宽度和高度对带状注速调管谐振腔间隙的电场均匀性影响较大；而波导长度和宽度、耦合腔长度对该电场均匀性影响不大；腔体连接处加上漂移头可使场分布更加集中；该型带状注速调管谐振腔能够产生均匀的电场，为提高注波互作用效率奠定了基础。     

固定频率后同轴谐振腔尺寸与TM_(n10)模式阶数的可调性

研究了高频段微波同轴谐振腔高阶横磁模式TMn10的系列相关参数,发现对于确定的工作频率,可以根据器件功率的大小与工作环境的不同而比较自由地选择谐振腔的横截面尺寸及TMn10模式的阶数,即在较高频率下,可以采取较大横截面的腔体以便提升功率。根据计算所得的模式图,调节腔体尺寸和选择工作模式阶数,使工作模式与其相邻的模式有较大的模式间隔以增加带宽,并且获得较大的特性阻抗。编程理论计算的大量结果与用高频电磁场软件ISFEL 3D仿真的结果吻合较好。     

具有二维光子带隙结构的太赫兹谐振腔的谐振特性

采用数值计算方法,模拟了具有二维光子带隙结构的太赫兹频段谐振腔的谐振模式场分布,计算了这种谐振腔的品质因数,详细分析了光子晶体结构、缺陷腔几何参量对谐振特性的影响.计算得到频率落在光子晶体禁带内的单一、高阶谐振模式,且缺陷腔横向尺寸越大,谐振模式的阶数越高.这种谐振腔具有很高的品质因数,腔体的纵向长度对品质因数的影响较大.     

环形谐振腔频率响应特性研究

分析了方形环形谐振腔对S线偏光和P线偏光的频率响应特性,发现输入两个频率间隔相差很小的S线偏光和P线偏光都能引起环形谐振腔的谐振,其中S线偏光谐振峰频率特性更适于环形谐振腔的稳频。通过搭建环形谐振腔频率响应特性测试系统,从实验上验证了理论计算的正确性。对于环形谐振腔的稳频和调腔具有参考意义。     

回旋速调管调制腔模拟分析

 多腔回旋速调管中的调制腔采用内外腔同轴结构,对回旋电子注角向群聚起着关键作用。用场匹配理论及HFSS软件对调制腔冷腔特性进行了研究,对多种输入结构、耦合缝尺寸和方位、腔体长度、半径进行了模拟。分析表明,耦合狭缝中心线与输入波导轴线成45°,耦合缝长度达到0.72时,内外腔储能比值达到41.65;耦合缝尺寸对腔体Q值影响较大,但并非呈简单线性关系,并且Q值对缝长的变化比缝宽的变化要敏感得多;而狭缝尺寸变化对谐振频率的影响不大;计算了内外腔储能,得到了模式转换效率高、内外腔储能比高、性能优良的调制腔。     

TE011腔使用扁平样品管提高水溶液样品ESR波谱灵敏度的研究

实验表明,在TE₀₁₁模式园柱形腔中,不但可以使用扁平样品管测量水溶液样品的ESR波谱,而且获得好的腔品质因子Q和高品质的ESR信号。所观察到的信号高度,是使用最佳尺寸毛细管样品时最大信号高度的3.2倍;又是在具有波导尺寸的TE₁₀₂腔中使用扁平样品管时所获得信号高度的3倍。本文对此作了定性的理论分析。     

A Single-Ridged Coaxial Hybrid TE011 Coupler with High Mode Purity

We design a single-ridged coaxial hybrid coupler which excites a TE₀₁₁ mode of high mode content in a cylindrical cavity, resonating at 28.2GHz. The coupler consists of a WR-28 rectangular waveguide, a coaxial TE_n11 cavity, and a cylindrical TE₀₁₁ cavity. Both TE₃₁₁ coaxial cavity and TE₄₁₁ single-ridged coaxial cavity are analyzed to examine the TE₀₁₁ mode purity in the central cavity. Mode purity analysis is performed by a field expansion method using Fourier-Bessel orthonormal basis functions. Numerical calculations predict that the TE₄₁₁ single-ridged coaxial cavity excites the TE₀₁₁ mode with mode purity of 98.6%, which is improved by 3% higher compared with the TE₃₁₁ coaxial cavity. Measurements on the single-ridged coaxial coupler show a resonant frequency at 28.078GHz and ohmic and external Qs of 1560, 473 respectively, which are in good agreement with the simulated results of a 3-D finite element electromagnetic code.     

回旋速调管输入耦合器分析与设计

 对Ka波段工作模式为TE₀₁模和TE₀₂模的两种回旋速调管的输入耦合器进行了详细研究，利用模式匹配理论和HFSS建模仿真计算了内圆柱腔和外同轴腔的尺寸；提出了一种与软件计算相结合的模式纯度计算方法，对内腔工作模式纯度、内外腔能量分数进行了计算。内腔侧面上的耦合缝的大小、角向位置都直接决定外同轴腔内的TE_m11模向内圆柱腔的TE_0n1模的耦合情况。针对耦合缝与输入波导成45°和0°分布两种情况，研究了耦合缝长、宽和角向偏移，以及内外腔频差对频率、Q值及内腔能量分数的影响。分别设计了Ka波段内腔工作模式为TE₀₁₁、外腔为TE₄₁₁和内腔TE₀₂₁、外腔TE₈₁₁的两种输入耦合器，并利用矢量网络分析仪对内腔工作模式为TE₀₁₁的耦合器进行了冷高频测量，测得频率为34.257 GHz，与计算结果34.300 GHz仅相差43 MHz。     

Analyses of two-cavity gyroklystron with feedback

Making use of the linear kinetic theory and the perturbation approach, a gyroklystron with feedback, in which a low order (TE₀₁₁) mode is presented in the bunching cavity by the feedback of the output cavity, and the low order mode in the bunching cavity is coupled by the electron beam to a high order (TE₀₂₁) mode in the output cavity, has been investigated in detail. And electron beam to wave interaction in each cavity and electron bunching mechanism in the bunching cavity have been analysed. The formulas of electron beam to wave interaction power and starting current etc. have been derived. Then some calculations are carried out.     

新型小铷钟微波腔谐振特性的研究

采用模匹配法对一种陶瓷介质填充的圆柱谐振腔TE₀₁₁、TE₁₁₁模的谐振特性进行了理论分析和软件仿真. 计算了该种谐振腔的谐振频率,并与其他理论方法得到的仿真结果进行了比较,验证了理论方法的正确性. 在此基础上,分析了陶瓷介质尺寸对谐振频率的影响. 与目前铷钟广泛使用的微波腔相比,该种谐振腔腔体的体积在很大程度上得到减小,这对于铷原子钟小型化的实现具有重要的作用.     

3 mm波段二次谐波渐变复合腔回旋管的非线性模拟

 利用含电流的传输线方程,并在考虑多模注-波互作用及多模耦合的情况下,利用自主开发的多模高次谐波渐变结构复合腔回旋管的注-波互作用数值模拟软件,对3 mm波段二次谐波渐变复合腔回旋管进行了自洽非线性模拟,分析了H₀₂-H₀₃模式对下磁场系数、电流、电子注速度比对注-波互作用效率的影响。计算结果表明,在合适的腔体结构尺寸下,以及合适的磁场系数、电流、速度比下,注-波互作用效率可达27％。     

强耦合光机械腔中的简正模式分裂和冷却

研究由辐射压力与驱动Fabry-Perot光学腔相耦合而产生的腔光机械动力学行为. 通过量子朗之万方程具体研究了机械振子的涨落光谱、机械阻尼与共振频移和基态冷却. 随着输入激光功率的增加,振子的涨落光谱呈现简正模式分裂的现象,并且数值模拟结果和实验结果相符合. 同时推导了有效机械阻尼和共振频移. 红移边带导致了机械模的冷却,蓝移边带引起了机械模的放大. 此外,引入一种近似机制来研究振子的基态冷却,并且考虑在解析边带机制下简正模式分裂对机械振子冷却的影响. 最后,数值讨论了初始浴温度、输入激光功率和机械品质因数这三个因素对机械振子冷却的影响. 关键词： 腔光机械 辐射压力 简正模式分裂 冷却     

TE011模式园柱形ESR样品腔的设计

本文介绍了TE_(011)模式园柱形ESR样品腔的设计方法和作者的一个设计实例.     

Approximate and Conditional Teleportation of an Unknown Atomic State with Dissipative Jaynes-Cummings Model

A scheme for approximately and conditionally teleporting an unknown atomic state in dissipative cavity QED is proposed. It is the extension of the scheme of [Phys. Rev. A 69 （2004） 064302], where the cavity mode decay has not been considered and only a time point of system evolution and the corresponding fidelity implementing the teleportation are given. In fact, the cavity mode decay exists really and must be delt with. In this paper, we investigate the influence from the cavity mode decay on the implementation of the approximate and conditional teleportation by means of the dissipative Jaynes Cummings model and then show the analytical expression of the fidelity of realization of the teleportation. Alternatively, our scheme does not involve an additional atom, only requiring two atoms and one single-mode cavity.