医用回旋加速器回旋频率与磁场的调谐

高频谐振腔在回旋加速器实际运行过程中受束流负载、重力和热损耗引起的腔体变形等因素的影响,其谐振频率会发生一定的偏移,导致高频工作频率会随着谐振腔的谐振频率而变化.为满足等时性加速的要求,当高频工作频率发生改变时磁场强度也应进行相应的变化,即励磁电流的大小需要相应改变,使得粒子回旋频率与高频谐振频率相匹配以克服滑相.首先通过有限元仿真软件建立静磁场模型模拟不同励磁电流下回旋加速器的平均磁场,然后理论分析磁场与谐振频率的关系,最后得到励磁电流在小区间变化时与谐振频率的关系;根据计算的不同谐振频率对应的最佳励磁电流,完成励磁电流的自动跟频.在保证最大碳膜束流的情况下,实验得到不同谐振频率对应的最佳励磁电流,使理论得以验证.根据其关系实现了励磁电流自动调节,克服了滑相,保证了法拉第束流的稳定输出.该方法使得励磁电流能够快速、准确地寻找并跟踪谐振腔频率,克服了频率偏移导致的滑相,完成束流的稳定输出.     

电子注对谐振腔中TM模式谐振频率和电磁场分布的影响

将电子注视为等离子体柱,从填充等离子体柱的谐振腔的物理模型出发,推导了圆柱腔填充中心电子注时TM0m0模式的特征方程,并重点分析了填充电子注的圆柱腔中TM010模式和TM020模式的谐振频率和电磁场分布随等离子频率的变化情况。研究结果表明,随着电子注的等离子体频率不断增大,谐振频率也不断增大,谐振腔内电场和磁场的分布也随之发生改变。当电子注的等离子体频率超过谐振腔的谐振频率时,谐振腔内的电磁场分布将发生很大的变化,出现了电子注内外电场方向相反和趋肤效应等现象。     

微波频段表面等离子激元波导滤波器的实验研究

基于理论分析, 实验研究了二维磁单负材料/双正材料/磁单负材料表面等离子波导的滤波效应. 研究表明, 该波导结构具有低通滤波性质, 引入分支缺陷之后, 由于谐振效应该波导具有带阻滤波效应. 分支缺陷相当于亚波长谐振腔, 谐振腔的长度决定带阻滤波器的中心频率, 而中心频率几乎不受缺陷位置的影响; 滤波器透射率下降的幅度由耦合距离决定. 通过引入谐振腔及改变谐振腔的长度、数量以及耦合间距等参数, 可以实现可调节的表面等离子波导滤波器. 实验结果与理论分析符合得很好, 该性质将在可调的单通道或多通道带阻滤波器件中具有潜在的应用价值. 关键词： 表面等离子激元 特异材料波导 谐振腔 滤波器     

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.     

检测法布里-珀罗滤波器传输时延的谐振腔方法

提出一种谐振腔方案用于测量法布里-珀罗滤波器的光传输时延.将法布里-珀罗滤波器置于谐振腔中,根据谐振腔长与谐振频率的关系,将滤波器的传输延时量转化为谐振基频的减小量进行测量.实验测得谐振基频的变化量为0.167MHz,对应谐振腔长的变化量为3.570m.除去器件的尾纤等包装长度,滤波器的传输延时为1.542m.该方案不依赖于镜面反射系数、精细度等滤波器参数,可顺利测得光信号经过高精细度法布里-珀罗滤波器的传输时延,甚至可实现很小尺寸的滤波器时延测量.通过谱分析法测量得到延时量为1.581m,验证了实验结果的正确性.     

基于异向传输线的亚波长谐振腔设计

 提出了一种新型的谐振腔，该谐振腔的谐振条件与普通谐振腔不同，其两个端面的总相移不必是180°的正整数倍。这种谐振腔由异向传输线和右手传输线两种不同性质的传输线级联构成，它利用耦合腔链作为异向传输线实现负相移，同轴波导作为右手传输线实现正相移，使谐振腔两个端面的总相移为零，满足谐振腔的谐振条件。由于它与传统谐振腔谐振条件不同，理论证明这种谐振腔的长度可远远小于传统谐振腔，设计实例的仿真结果表明这种新型谐振腔的长度最短仅为传统谐振腔的1/7。     

谐振式光子带隙光纤陀螺一体化方案

实现了使用光子带隙光纤的一体化谐振式光纤陀螺方案,设计并制作了谐振腔中基于微光学结构的耦合器。实验测得制作的谐振腔清晰度为3.7。搭建了基于该谐振腔的陀螺系统,并对其主、次偏振态的谐振曲线进行了实际测量。实验结果测得该系统60 s零漂为2.45 ()/s,及1 h长期稳定性为7.11 ()/s。同时,实现了对应陀螺输出50 ()/s（积分时间10 s）及100 ()/s（积分时间10 s）的模拟转速实验,验证了该陀螺系统的Sagnac效应。分析得到耦合损耗是影响该陀螺系统性能的主要因素。验证了该谐振腔结构具有应用于陀螺系统的可行性,为谐振式光纤陀螺性能进一步提高提供了参考。     

谐振式光子带隙光纤陀螺一体化方案（英文）

实现了使用光子带隙光纤的一体化谐振式光纤陀螺方案,设计并制作了谐振腔中基于微光学结构的耦合器。实验测得制作的谐振腔清晰度为3.7。搭建了基于该谐振腔的陀螺系统,并对其主、次偏振态的谐振曲线进行了实际测量。实验结果测得该系统60s零漂为2.45(°)/s,及1h长期稳定性为7.11(°)/s。同时,实现了对应陀螺输出±50(°)/s(积分时间10s)及±100(°)/s(积分时间10s)的模拟转速实验,验证了该陀螺系统的Sagnac效应。分析得到耦合损耗是影响该陀螺系统性能的主要因素。验证了该谐振腔结构具有应用于陀螺系统的可行性,为谐振式光纤陀螺性能进一步提高提供了参考。     

Ka波段TE01模回旋速调管输出腔

 利用模式展开和场匹配理论,建立了具有突变结构谐振腔的散射矩阵。在此基础上编制了FORTRAN计算程序,并对Ka波段TE₀₁模回旋速调管的具有突变结构的开放式输出腔进行了数值计算。分析了回旋速调管输出腔的腔体长度和半径变化,以及输出耦合孔的半径和厚度变化对输出腔的品质因数和频率的影响。结果表明：由程序模拟输出腔所得到的计算结果与HFSS软件的结果一致;与冷测实验结果相比,品质因数的相对偏差为1.65%,谐振频率的偏差为10 MHz。     

新型热声谐振机构的理论分析和实验验证

谐振管作为热声发动机的重要组成部分,其长度占整个系统轴向长度的大部分。本文提出了一种利用液体和弹性膜组成谐振系统的方法,并使用这种谐振系统取代谐振管,使系统轴向尺寸减少为原来的1/5。文中利用线性热声理论对该谐振系统的谐振频率进行了计算,并对不同阻尼系数对系统的耗散做出了分析。实验结果表明,在利用驻波热声发动机驱动的情况下,谐振系统自激起振,谐振频率为360 Hz,实际谐振频率与计算值误差在5%以内。     

微波谐振腔的瞬态响应研究

应用非正交网格时域有限差分算法，模拟了在高斯脉冲和高斯脉冲调制正弦波激励下有激励孔微波谐振腔的激励和谐振过程，分析了谐振频率。模拟结果表明；在微波谐振腔内，激发出了最接近脉冲激励源主频的若干个谐振态。     

可调耦合器结构集成波导微环谐振腔延时特性研究

对马赫-曾德尔干涉仪(MZI)构成的可调耦合器结构集成波导微环谐振腔延时特性进行了分析,推导得出该结构微环谐振腔的延时响应函数。研究表明马赫-曾德尔干涉仪两臂相位差的变化在实现微环谐振腔等效耦合系数可调谐的同时,其引起的附加相位改变将造成波导微环谐振腔谐振频率发生漂移。分析了马赫-曾德尔干涉仪中3 dB耦合器耦合系数偏差对等效耦合系数调谐范围以及微环谐振腔谐振频率漂移的影响。以四环级联微环谐振腔为例,分析了附加相位改变对延时响应的影响,通过采用环波导上相位修正的方法,获得了延时量为0.6ns,延时带宽为2 GHz,延时抖动品质因子小于1×10-3ns2的目标延时响应。     

量子真空计量标准中的非极性稀薄气体折射率测量研究

为进一步提高真空量值的复现性和准确性,最新研究采用量子技术实现对真空量值的测量与表征.该方法利用Fabry-Perot谐振腔实现腔内气体折射率的精密测量,并反演出气体密度,进而获得对应的真空量值,其中气体折射率的测量是影响真空量值准确性的关键.本文基于第一性原理,利用从头计算理论计算了在已知压力和温度条件下的氦气折射率,给出腔内气体压力与折射率关系的表达式,并利用基于Fabry-Perot激光谐振腔的真空测量装置,通过双腔谐振激光拍频精确测量了充气前后谐振激光频率的变化,测出了氦气折射率,并分析了测量不确定度.将理论计算值与实验测量值进行了对比分析,得出了制约准确度提高的主要因素,并提出了修正方法.     

四分之一波长锥形谐振管共振频率的研究

在热声发动机系统中,谐振管用来调节系统的超振频率.通常的四分之一波长谐振管由一段谐振管后面连接一个比较大的气体容积构成,与二分之一波长谐振管相比,在相同的起振频率下前者可以有相对短的管长.锥形谐振管除了调节频率外,还可以提高热声发动机输出压力波的压比.本文通过数值计算软件Fluent6.0中的K-ε湍流模型模拟了不同长度、不同的进出口直径的一系列锥形谐振管,得出了近似四分之一波长锥形谐振管的共振频率与其长度、锥度之间的关系,并初步与实验进行了对照.     

S波段宽带高平均功率速调管输出段的研制

 研制了一种用于S波段、7.1%带宽、高平均功率速调管的输出段结构。该结构采用双间隙重叠模耦合腔,利用短槽耦合方式,计算得到耦合槽的尺寸,常规选取两个谐振腔的频率、品质因子及两腔间隙中心之距等参数。根据这些参数加工冷测模型,冷测获得的槽的谐振频率和耦合系数与设计值误差只有2.5%。计算的阻抗矩阵曲线与冷测的相对阻抗曲线趋势基本一致,计算的功率与实际的热测结果均满足峰值输出功率大于1.1 MW、平均输出功率大于22 kW的设计要求。实验结果证明该输出段可达到7.1%的带宽,从而验证了该设计方法的正确性。     

谐振式光纤陀螺多激光器系统相对频率噪声抑制

设计了用于谐振式光纤陀螺系统中两个半导体激光器相对频率噪声抑制的全光纤光路外差式光学锁相环,建立并分析了陀螺精度需求和外差式光学锁相环关键参数的关系,同时对外差式光学锁相环全数字反馈控制环路进行了设计和仿真.通过实验对设计的系统进行性能验证.结果表明两个主从激光器的中心频率实现了参考频率源频率的锁定,且拍频激光中心频率相对于光纤环形谐振腔谐振频率偏离幅值减小了15dB.     

基于双负介质与负介电常数介质交叠结构的谐振腔研究

通过探讨双负介质与负介电常数介质交叠结构的谐振特性,实现了一种能够同时缩小长度和宽度的改进的小型化谐振腔(IMCR). 对IMCR谐振特性进行了数值仿真,结果表明,IMCR能够在10.3GHz上稳定谐振,但其长度和宽度却分别只有4.58和5.08mm,相比于普通金属谐振腔的长度和宽度均缩短了一半. 这些结果对基于双负介质的小型化谐振腔的发展具有理论意义. 关键词： 双负介质 负介电常数介质 改进的小型化谐振腔 各向异性     

3GHz单频调制器

很难获得应用于高于200MHz顿率场合的良好的高Q感应器。但是,用谐振腔结构可以实现一种有效的高Q感应器。用谐振腔来折转谐振传输线。选择长度为1,以使谐振传输线以所需的频率谐振。这种调制器中的Q值可以相当高(>200),宽调谐范围可以用微波调谐铁心控制。本方法的调制系数在1.06μm一般大于0.07rad/V。     

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.     

二维复式晶格完全带隙光子晶体缺陷频率的分析

提出了一种具有完全带隙的二维复式晶格光子晶体,该晶体是在二维正方形格子中,旋转截面为正方形的柱子,同时在每个原胞中心引入圆形截面的柱子而形成的,并在其中引入点缺陷。运用平面波展开法并结合超晶胞理论分析此缺陷态光子晶体的频率特性。仿真结果表明,通过调节缺陷的尺寸、角度等结构参量,可以改变缺陷态频率的位置,使TE和TM模缺陷态频率一致,TE模和TM模同时谐振,处于缺陷态频率的入射光就能够完全耦合进点缺陷,具有较高的耦合效率。这种结构的复式晶格完全带隙光子晶体为制作完全带隙光子晶体谐振腔提供了理论基础。