圆柱开槽波导的FEM放大器数值研究

对圆柱开槽波导、螺旋摇摆器为模型,考虑了电子初始速度零散、引导磁场等效应对放大器饱和特性的影响,导出了自治的注波互作用三维非线性方程组,并在此基础上编制了相应的计算软件,通过数值分析的方法研究了圆柱开槽波导自由电子激光放大器的饱和效率、频带宽度等高频特性。     

螺旋波纹壁圆柱波导回旋行波放大器的非线性模拟

 给出了螺旋波纹壁圆柱波导回旋行波放大器非线性模拟中,处理偏模的初值问题和计算精度瞬时监测问题两项关键技术。采用这些技术编制的程序所得到的数值计算结果与Denisov等人实验观测值符合得很好。在此基础上,对电子束速度离散、螺旋开槽周期和开槽深度对效率的影响,进行了非线性模拟研究。结果表明：螺旋波纹壁圆柱波导回旋行波放大器效率对电子束速度离散不敏感,而对螺旋波纹开槽周期和开槽深度的依赖性较强;通过参数优化可望把目前实验的效率水平提高到25.6%。     

集成双波导半导体光放大器光开关实现波长转换的理论研究

建立了基于集成双波导半导体光放大器的光开关(ITG-SOA-Switch)的理论分析模型.与半导体光放大器(SOA)的特性相比较表明，由于ITG-SOA-Switch合并了多种物理效应，故其静态增益饱和曲线在饱和功率点附近具有大幅度陡峭下降的独特性质.理论分析和10 Gbit/s波长转换模拟结果显示，恰当地选择输入抽运光的功率范围，ITG-SOA-Switch波长转换器输出转换光的消光比特性较之输入抽运光会有显著的改善. 关键词： 波长转换 半导体光放大器 集成双波导半导体光放大器 光开关     

内外开槽同轴潘尼管波导传播特性

 推导了内外开槽同轴波导和外开槽圆波导的特征方程。数值模拟了内外开槽同轴波导及外开槽圆波导中2π模式的传播特性,研究了开槽深度与截止波数的关系及内外开槽潘尼管频率与各个半径之间的关系。结果表明：内外开槽同轴波导的特征值随内开槽深度的增加而增大,随外开槽深度的增加而减小;内槽半径对频率的影响很小,外槽半径起主要作用。     

外开槽同轴波导传播特性

 根据满足边界条件的一系列电磁场方程,采用场匹配法,详细推导了外开槽同轴波导的特征方程。在外开槽同轴波导光滑内同轴半径等于零的情形下,即变成外开槽圆波导,得到其特征方程。数值模拟了外开槽同轴波导及外开槽圆波导中TE₀₁模式的传播特性,得到了不同尺寸外开槽同轴波导开槽间隙半张角和槽深与特征根的变化关系。结果表明:开槽越深,间隙半张角越小,特征根值越小。     

回旋管同轴谐振腔模式的选择

 为了研究回旋管工作模式的选择机理,分析了圆柱波导开放式谐振腔、光滑同轴谐振腔和纵向内开槽同轴谐振腔相应波导的色散特性,进而研究了这些谐振腔内模式竞争的问题。对同轴结构波导色散方程作了相应的数值计算,结果表明,同轴谐振腔利用自身色散曲线与谐振腔内外半径比值的数值关系,能够使在开放式谐振腔内无法工作的高阶模式在其内部稳定工作。最后,以德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)研制的同轴回旋管为例,进行了相应的分析计算,结果表明纵向内开槽同轴谐振腔相对于光滑同轴谐振腔更适合高阶模式的稳定工作。     

基于半导体激光放大器增益饱和的波长转换的小信号分析

利用小信号模型对基于半导体激光放大器增益饱和的波长转换作了理论分析和实验研究，并获得了波长转换效率与半导体激光放大器特性参数关系的解析表达式．通过数学计算表明，波长转换器的频率响应不仅受到半导体激光放大器的载流子寿命的限制，而且受到半导体激光放大器的饱和功率、增益以及光波导损耗的影响． 关键词：     

内开槽螺纹回旋行波管线性理论研究

基于耦合波理论，运用阻抗微扰法得到了内开槽螺纹波导的色散方程及耦合条件，并从相对论电子运动方程入手得到了自洽非线性方程组，通过一阶线性近似导出了注-波互作用线性关系及色散方程.运用数值计算及3维粒子模拟软件冷腔分析对该波导冷腔色散特性及注-波互作用色散特性进行了研究. 关键词： 内开槽螺纹波导 阻抗微扰 线性理论 自洽非线性方程组     

阶跃掺杂Er∶Al2O3光波导放大器增益特性数值模拟

构建了纵向阶跃非均匀掺杂的掺铒Al2O3光波导放大器理论模型,利用有限元法、速率方程和传输方程,数值模拟了放大器的净增益特性.计算结果表明:阶跃掺杂掺铒Al2O3光波导放大器提高了抽运效率,净增益和信号光输出功率比优化后的均匀掺杂光波导放大器分别提高了9.2%和90.5%,长度却缩短了16.9%.     

具有分布损耗波导结构的回旋行波放大器绝对不稳定性

 详细推导了具有分布损耗波导结构的回旋行波放大器的色散特性。通过绝对不稳定性振荡出现的条件,给出求解具有损耗波导结构回旋行波管放大器的绝对不稳定性起振电流的数值计算方法。研究结果表明：绝对不稳定性起振电流与损耗波导的集肤深度有关,选择有较大的集肤深度的损耗波导可以提高绝对不稳定性起振电流;绝对不稳定性起振电流同时也与工作磁场偏离饱和磁场的程度以及电子束的纵横速度比有关;通过设计具有分布损耗波导结构的注-波互作用电路,以及工作磁场、电子束的纵横速度比,可以在兼顾带宽、效率的条件下,保证回旋行波管放大器稳定工作。     

Nonlinear Study on FEM Amplifier with a Novel Elliptic-Groove Guide

FEM amplifier with a novel elliptic-groove guide is proposed and three-dimensional nonlinear theory for the elliptic-groove guide FEM amplifier is developed. A set of coupled nonlinear differential equations is derived and the characteristics of this FEM amplifier are numerically analyzed in detail including the evolution of power, efficiency and bandwidth. The effects on saturation efficiency due to electron momentum spread and wiggler taper are also studied.     

Nonlinear Analysis on FEM Amplifier with Circular Groove Guide

FEM amplifier with a novel circular groove guide is proposed and researched both in three-dimensional nonlinear theory and numerical computation in this paper. Efficiency and bandwidth of the FEM are studied including electron beam emittance.     

有限元与无网格伽辽金耦合法分析二相连续多孔介质

将有限元法和无网格伽辽金法相结合,创造出一种新的数值计算方法,该法既能利用有限元法的优点,又能发挥无网格伽辽金法局部化技术的无单元特性,使其具有计算优势.推导了二相多孔介质的有限元法与无网格伽辽金法耦合的离散方法.给出了两个算例,在计算二维固结方程时,精度较高且处理液体流量准确,是有限元法的有力补充.     

响应面法的杆式超声电机有限元模型修正

现有杆式超声电机的有限元模型大都采用连续复合材料的简化结构形式,忽略了实际超声电机各部件间的接触特性,导致计算结果与实验结果具有较大偏差。针对该问题,提出了一种采用响应面法的杆式超声电机有限元模型修正方法,来获得高精度的有限元模型。该方法考虑了超声电机螺栓预紧力及各部件接触界面的法向接触刚度和摩擦系数,筛选出显著影响电机工作模态的参数,建立响应面模型替代超声电机的有限元模型实现快速计算结构响应的目的,并以实验模态分析结果为目标对模型进行修正。修正结果表明,修正后的模型模态频率的平均误差由修正前的1.20%降到0.21%,模型精度得到明显改善,表明以响应面的有限元模型修正方法对杆式超声电机以及类似夹心式压电振子的设计具有应用价值。      

直接冷却的高温超导磁体热稳定性有限元仿真

制冷机直接冷却超导磁体是一门新兴技术,研究超导磁体在直接冷却下的热稳定性具有重要意义。用有限元方法解决复杂边界问题的热力学问题非常有效,而有限元分析软件ANSYS能使得用有限元法解决问题更加方便。该文用有限元方法对直接冷却高温超导磁体进行了热稳定性数值仿真。仿真结果表明,在设定热负荷作用下,直接冷却的B i2223系高温超导磁体具有较好的热稳定性,磁体温度低于其临界温度。     

Finite element model updating of a rod-type ultrasonicmotor based on response surface method

The conventional finite element model(FEM) of a rod-type ultrasonic motor is usually simplified by means of continuous composite structure. Because the actual contact characteristics between the parts of the ultrasonic motor is ignored, there is bigger error between the calculated values and experimental results. Aiming at solving problem, a new modeling method of a rod-type ultrasonic motor is presented to obtain a high-accuracy FEM. The bolt pretension and the normal contact stiffness and friction coefficient of the contact surface of ultrasonic motor are all considered in this method, and the significant parameters of working mode of the motor are selected by the response surface method, and the goal of calculating the structural response rapidly is realized by building the response surface model to replace the FEM. The result of finite element model updating shows that the average error of modal frequencies of updated model drops to 0.21% from 1.20%. The accuracy of FEM is obviously improved, which indicates that the FEM updating based on response surface method is of great application value on the design for a rod-type ultrasonic motor.     

激光辐照下充压圆筒变形的相似律问题

 以充压圆筒在强激光辐照下的变形与破坏响应为研究目标，首先利用相似分析方法，主要采用了方程分析法和量纲分析法，确定了相似准则。然后利用ANSYS有限元程序，模拟了三组几何和物理相似的大小模型。通过对计算结果的分析表明，满足相似准则的大小模型，在相应的时间和空间，相对的物理参量是一致的。     

微波元件与加速结构的有限元分析

研究了有限元方法在二维均匀结构和轴对称加速结构中的应用,采用了带宽优化技术和子空间求解特征值方法,并给出了部分例子,结果表明该方法精度高、速度快.这些方法可直接用于三维程序、并行计算.     

Study on Combined Method Based on 3-D ESPI

The finite element method (FEM),whether the calculation is accurate or not,depends closely on object boundary condition.If the three dimensional displacement of the object obtained in experiment is regarded as its boundary condition,a new method combining the results of experiment and calculation,called combined method (CM),is formed.The combined method possess advantages of experiment and calculation.It can correct calculation and improve the accuracy of FEM.Accordingly it has more practicability.In this paper,the three dimensional displacement fields of a typical beam loaded at three points are tested by using 3-D electric speckle pattern interferometry (ESPI).Using the experimental results as boundary condition the whole three-dimensional displacement fields can be calculated by FEM.The beam′s three-dimensional displacement fields obtained by FEM agree very well with those obtained by experiment.This proves that the combined method is effective and practicable.