虚阴极振荡器中微波频率的研究

 在虚阴极振荡器的实验中，同时得到了几百兆瓦5.17GHz和几兆瓦7.74GHz的微波输出。根据虚阴极振荡器的单电荷层模型可知，主频5.17GHz的微波由虚阴极自身振荡产生；7.74GHz 的微波由虚阴极自身振荡与虚阴极振荡或电子往返振荡产生的调制束流相互作用产生。     

新型高功率虚阴极径向反射速调管振荡器

 提出了一种新型的高功率虚阴极径向反射速调管振荡器,它结合了虚阴极振荡器容易起振和速调管微波产生效率较高的特点。利用虚阴极反射电子束对调制腔的正反馈,可以减小起振电流和起振时间,而且提高了微波产生效率。它是一种结构简单、紧凑的器件。用2.5维PIC程序对这种器件进行了数值模拟研究。得到的数值模拟结果表明,输入电压620 kV,电流25 kA,输出微波周期平均功率为2.5 GW。虚阴极振荡频率被锁定,频率为1.25 GHz。     

虚阴极振荡微波辐射

本文概述在EPA-74脉冲线加速器上进行的虚阴极振荡微波辐射实验。1kA,400keV的电子束流经短磁线圈聚焦形成虚阴极,产生波长在6.2～11.5mm的微波辐射,峰值功率约1MW。从提高效率考虑,拟采用特殊设计的实验结构,以形成多级虚阴极振荡。     

虚阴极振荡产生高功率微波的粒子模拟

独立研制了一个柱对称、非周期边界12/2维相对论性电磁模粒子模拟程序。用它研究了强相对论电子束射入一端封闭、一端开口的波导管所产生的虚阴极振荡和激发的高功率微波。得到了清晰、合理的物理图象,虚阴极振荡频率符合(1～2π~(1/2)ω_(peb)的经验规律。激发微波的效率可高达10％。此外,通过模拟计算,研究了辐射频率、辐射效率与外加导引磁场、电子束流强度、电子束能量和电子束半径的依赖关系。得到了一些合理而有价值的规律。     

平板型虚阴极振荡器频率特性实验研究

 介绍了在“闪光二号”加速器上开展平板型虚阴极高功率微波振荡器频率特性实验研究的结果及分析。结果表明：平板型虚阴极振荡器表现出多频特性,且在微波脉宽内频率随时间变化;其频率分布在C波段和X波段,主频在C波段;主频由虚阴极自身振荡产生并且等于局部电子束的相对论等离子体频率,主频与二极管间隙电压有弱的依赖关系,与二极管间距成反比,而与阴极尺寸和阳极材料关系不大。     

向外发射同轴型虚阴极振荡器研究

在高功率微波源研究领域提出了一种新型虚阴极器件——向外发射同轴型虚阴极振荡器.对其相关束流特性进行了理论分析,得到了同轴空间径向传输空间电荷限制电流,以及虚阴极产生的条件和电子束运动的基本规律.基于数值模拟得到的结果,向外发射同轴型虚阴极振荡器不仅表现出较高的能量转换效率,而且有利于增加虚阴极器件产生高功率微波的脉宽,同时还可以应用于低频段高功率微波源.这种虚阴极器件的可能输出微波方式也进行了讨论 关键词： 虚阴极 高功率微波 脉冲功率 电子束二极管     

空心束虚阴极激励微波的主模式的研究

把虚阴极振荡激励微波的过程看成是一个时空振荡电流元激励微波的过程,在薄电荷层近似下,求得空心束虚阴极激励微波的主模式关系,并讨论了束几何位形与微波输出功率之间的关系。我们所确定的主模式与实验和粒子模拟的结果相符。     

混频技术测量单次脉冲微波频率的实验研究

 介绍了用混频技术测量单次脉冲微波频率的方法,用50ns、5GHz的单次脉冲微波对混频系统进行了实验研究。目前, 已用此技术测量了虚阴极振荡高功率微波锁频产生的单次微波的频率,并对混频输出的中频信号进行快速傅里叶变换(FFT),得到单次脉冲微波的3dB带宽。     

大平面二极管虚阴极振荡器的宽脉冲微波辐射

给出了产生宽脉冲微波辐射的大平面天鹅绒二极管虚阴极振荡器的结构和测试装置，测得了二极管中阴－阳极等离子体的闭合速率为３０～４３ｋｍ／ｓ，获得了微波辐射的最大脉宽为１．５μｓ，产生的微波峰值功率约为１５ＭＷ，频率为０．５ＧＨＺ，指出这种平面二极管型虚阴极振荡器在辐射脉宽，辐射频率和辐射功率三者之间存在着物理上的制约关系，认为同轴型虚阴极振荡器是突破这种制约关系的一个新途径．     

同轴式反射三极管高功率微波源

 运用两维半、全电磁模型的MAGIC程序对同轴式反射三极管中的虚阴极振荡现象进行了粒子模拟研究。模拟结果表明,同轴式反射三极管的辐射主要由在实虚阴极之间来 回振荡的反射电子提供,得到的微波瞬时峰值输出功率可达兆瓦级,瞬时峰值效率在1%左右,提高效率的方法是在腔中央加一个收集极。     

线性偏振激光在相对论等离子体中的调制不稳定性

 从相对论等离体中电磁波的非线性色散方程出发,利用Karpman方法获得了线性偏振波模所满足的非线性控制方程,在非线性色散方程和非线性控制方程的基础上对线性偏振激光在相对论等离体中传播的调制不稳定性进行分析,给出了调制不稳定的时间增长率与扰动态波数之间的函数关系。     

On the quantum theory of beam instability in plasma

The quantum theory of induced Cherenkov radiation by an electron beam of longitudinal waves in isotropic plasma is presented. Nonrelativistic quantum nonlinear equations of Cherenkov beam-plasma instability are obtained. A quantum dispersion relation is derived in the linear approximation and instability development increments are determined.     

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采用洛伦兹变换推导出左旋椭圆偏振强激光在磁化等离子体中的非线性色散关系,根据Karpman方法推导出激光场包络的非线性控制方程,分析了在磁化等离子体中左旋椭圆偏振激光的调制不稳定性,得到了调制不稳定的时间增长率。分析结果表明,磁化等离子体中自调制不稳定的极大增长率较非磁化情况明显减小,且在激光等离子体临界面附近处调制不稳定性的时间增长率显著增大。     

强激光在磁化等离子体中的调制不稳定性

采用洛伦兹变换推导出左旋椭圆偏振强激光在磁化等离子体中的非线性色散关系,根据Karpman方法推导出激光场包络的非线性控制方程,分析了在磁化等离子体中左旋椭圆偏振激光的调制不稳定性,得到了调制不稳定的时间增长率。分析结果表明,磁化等离子体中自调制不稳定的极大增长率较非磁化情况明显减小,且在激光等离子体临界面附近处调制不稳定性的时间增长率显著增大。     

线偏振激光在磁化等离子体中的调制不稳定性

 采用洛伦兹变换推导了线性偏振激光在磁化等离子体中的非线性色散关系,根据Karpman方法推导出横波的非线性控制方程,利用线性偏振激光在磁化等离子体中的非线性色散关系和非线性控制性方程,分析了在磁化等离子体中有限振幅的扰动引起的调制不稳定性,得到了线性偏振激光的调制不稳定的时间增长率与扰动波数之间的函数关系。分析结果表明：激光等离子体的临界面附近的磁调制不稳定性的时间增长率显著增大。     

Modulation instability of intense laser beam in an electron-positron plasma

Modulation instability of an intense right-hand elliptically polarized laser beam propagating through an electron-positron plasma is investigated by a new method. The nonlinear dispersion relation, in which the relativistic and ponderomotive nonlinearities are taken into account, is obtained for the laser radiation in electron-positron plasma by the Lorentz transformation. The Karpman equation is generalized to the case of three dimensions with three field components. When the nonlinear frequency shift of the electromagnetic field in plasma is involved, the nonlinear evolution equation for the slowly varying envelope of the laser field is obtained. Thus, modulation instability of the intense laser beam in electron-positron plasma is studied and the temporal growth rate of the instability is derived. The analysis shows that the growth rate of modulation instability is increased significantly near the critical surface in a laser-plasma.     

HL-2A 装置上的快扫Q 波段微波反射系统研制

介绍了在HL-2A 装置上发展的一套快速扫频的Q 波段外差微波反射系统,用于高时空分辨测量等离子体边缘到约束区的电子密度分布。该系统采用外差式连续波扫频调制技术(VCO),由外部任意波电压控制,工作频率为33~50GHz,全波段扫频周期达到6μs。在台面标定中发展了VCO 源的动态标定技术,并解决了微波源及器件的非线性响应、波导的色散特性等因素造成差频频率动态范围过大的问题,使反射面固定时系统输出的差频为定频信号,有利于降低噪声干扰和数据处理。同时发展了直接相位处理技术,实现快速的电子密度分布反演。实验中用该微波反射系统测得了L 模、H 模等不同等离子体放电条件下的电子密度分布,观测ELM 爆发前后台基区的形成与垮塌过程。     

220 GHz 折叠波导慢波结构

 优化设计了一种220 GHz的折叠波导慢波结构的尺寸,对其冷测特性如色散、耦合阻抗和衰减进行了分析。理论分析和软件仿真结果表明设计的折叠波导慢波结构在中心频率处具有较平缓的色散关系,较高的耦合阻抗和较低的电路衰减。互作用模拟表明,在电子注电压为20 kV,电流为10 mA时,27 mm（50个周期）的折叠波导慢波结构在220 GHz具有14.5 dB的增益,3 dB带宽为16.3 GHz（211.9～228.2 GHz）。     

电子束电流对介质切伦科夫脉塞色散关系的影响

采用等离子体流体理论,从线性扰动方程出发,研究了电子束电流大小对介质切伦科夫脉塞中束波相互作用色散关系的影响,得到了当等离子体返回电流能有效中和与不能有效中和电子束电流两种情形下色散关系和波的增长率,并讨论了电子束电流对束波相互作用色散关系和波增长率的影响。研究表明,等离子体返回电流能有效中和与不能有效中和电子束电流两种情况下有着不同的色散关系和波的增长率。在波导参数和背景等离子体参数固定的情况下,电子束电流并不是越大越好,电子束电流过大不利于提高器件效率,它们之间存在最佳匹配关系。     

On the possibility of suppression of self-focusing of a femtosecond laser pulse during its propagation in a cubic nonlinear medium

Based on a computer simulation, the self-focusing of an axially symmetric beam in a cubic nonlinear medium under the anomalous dispersion conditions is studied with the account for the time dispersion of nonlinear response, which manifests for femtosecond pulses. It is shown that, at a certain value of the parameter of linear modulation of the pulse (or of its chirp), the dispersion of nonlinear response can lead either to the suppression of formation of a nonlinear focus and to the possibility of formation of optical shock waves in time or even to a change in the regime of the beam self-action owing to the action of the local response, i.e., to the change from the self-focusing of the beam to the regime of its defocusing.