过模圆转弯波导的设计与实验

 研究了一种新型的过模圆转弯波导,可实现圆波导TM₀₁模的转弯传输。介绍了这种过模圆转弯波导的基本原理：即沿转弯平面插入一块金属板,将圆波导转换为两个半圆波导。圆波导TM₀₁模在半圆波导中转换为半圆波导TE₁₁模,经转弯传输后,重新将半圆波导TE₀₁模转换为圆波导TM₀₁模,从而实现圆波导TM₀₁模的转弯传输。基于这一原理设计了一个中心频率为2.856 GHz、转弯45°的过模圆转弯波导,并进行了数值模拟和实验研究。实验结果表明：其转弯半径为123.7 mm,转弯半径较小;在中心频点2.856 GHz处,传输损耗约为0.247 dB,驻波系数为1.217;在2.75～2.95 GHz的频率范围内传输损耗小于0.53 dB,驻波系数小于1.34。     

紧凑型圆极化模式转换器

 提出了一种结构紧凑的、能将圆波导TM01模或同轴波导TEM模转换为圆极化TE₁₁模的高功率微波模式转换器。该转换器由前后2个十字转门波导结对接组成,前者首先把圆波导TM₀₁模转变为4个矩形波导中的TE₁₀模,4个矩形波导的长度不等;后者再把4个经过不同相位延迟的矩形波导TE₁₀模转变为圆波导中的圆极化TE₁₁模。对所设计的1.75 GHz模式转换器进行了仿真研究,在中心频率上,该模式转换器转换效率为99%,轴比为0.03 dB;在1.575~1.900 GHz的频率范围内,转换效率大于90%,轴比小于2.5 dB,对应带宽为18.6%。     

高功率毫米波圆波导TM01—TE11模式变换分析

 在数值研究高功率毫米波TM₀₁—TE₁₁光滑弯曲圆波导模式变换的基础上，对弯曲波导的几何结构进行了优化分析。在模式耦合理论的基础上，优化出了比较好的几何结构，并发现了圆波导半径、弯曲圆波导曲率和频率以及频带宽度之间的变化规律。以此数据设计的模式变换器的转换效率可达99%，带宽超过29.8%。     

一种新型同轴TEM-圆波导TE11模式变换器

 提出了一种新型同轴插板式模式变换器，可以实现同轴TEM到圆波导TE₁₁模式的变换。介绍了这种模式变换器的工作原理：即通过在同轴波导中沿轴向插入金属板，将同轴TEM模变换成扇形截面波导TE₁₁模，进而利用不同扇形截面波导中的相移改变电场分布的轴对称性，在同轴波导中形成同轴TE₁₁模，最后将同轴TE₁₁模转换为圆波导TE₁₁模式。基于这一原理设计了一个中心频率为3.8GHz的同轴TEM-圆波导TE₁₁模式变换器，并进行了数值模拟。模拟结果表明：这种模式变换器可以承受高功率，中心频率上转换效率为98.5%，转换效率大于90%的带宽超过10%，在3.5~4.1GHz的频率范围内反射损耗低于0.3dB。     

圆波导TE11主模辐射方向性系数的误差分析

 对不同尺寸圆波导TE₁₁模，以及TE₁₁和TM₀₁不同比例混合模式的辐射情况进行了模拟研究，得到了E面、H面功率方向图，通过高功率微波远场测量常采用的假设方向图对称的方法，计算出E面、H面方向性系数，并与模拟得到的方向性系数进行对比。结果表明：TE₁₁单模及TE₁₁模与功率占5%，10%的TM₀₁模混合情况下，H面方向性系数与模拟得到的方向性系数最大差值小于0.8 dB，E面方向性系数与模拟值最小差值大于1 dB。因此，在这些情况下，H面方向性系数更接近于方向性系数，采用H面方向性系数计算功率结果更接近实际值。     

轴向反馈式虚阴极振荡器辐射微波模式的远场测定

 采用远场测量法测量了虚阴极振荡器波导口的微波辐射方向图及虚阴极振荡器波导口处接上TM₀₁-TE₁₁模式转换器时的微波辐射方向图，接收喇叭口面与微波辐射口之间的距离为1.00 m，满足远场条件。结果表明：两种情况下的辐射主模式分别为TM₀₁模式和TE₁₁模式，从而证实了在实验装置轴对称的条件下，轴向虚阴极振荡器的微波辐射主模式确为理论所预期的TM₂模式。对辐射模式的分析表明，TM₀₁模式纯度约为90%，TE₁₁模式的辐射功率为TM₀₁模式的5%左右；TE₂₁，TE₀₁和TM₁₁模式三者的总辐射功率较TM₀₁模式低一个量级以上，微波辐射功率大于300 MW，辐射频率为4.6 GHz左右，微波脉宽大于40 ns。     

TM01-TE11三弯曲圆波导模式转换器

 从理论推导、理论设计和数值模拟3个方面对三弯曲圆波导模式转换器进行分析,得到了TM₀₁-TE₁₁模的功率转换效率解析公式和转换效率达到最高时的取值条件。以中心工作频率为4.25 GHz、波导半径分别为3.0 cm和3.5 cm的两个转换器为例进行了理论计算和数值模拟,模拟结果表明：它们的转换效率分别达到了99.64%和98.62%,高于90%的相对带宽分别达到了9.88%和12.71%。     

TM01-TE11双弯形圆波导模式转换器轴线长度与拍波波长关系研究

 对于TM₀₁-TE₁₁双弯形圆波导模式转换器，在保持出射端口与入射端口轴线平行且两曲率半径相等时，通过对其轴线长度与TE₁₁和TM₀₁模式间拍波波长的分析，证明了在两模式间实现有效转换时，两者成正比例关系，且比例常数为2/2，并给出了相应的物理解释。通过对具体参数及模拟结果的分析，得出了模拟功率转换效率超过98%时所适用的频率下限，其值为TM₀₁模式截止频率的1.07倍。     

高功率圆波导TE0n-TE11模式变换研究

 在模式耦合理论的基础上，详细讨论了波导轴线弯曲与波导半径渐变的圆波导模式变换，并对TE_0n-TE₁₁模式变换器的几何结构进行了优化分析，采用不同的相位重匹配技术，得到了可靠的最优几何参量。以此数据设计的8mm回旋速调管TE₀₁-TE₁₁模式变换器的转换效率可达98%。     

X波段高功率微波TE11模圆极化器

 基于圆波导TE₁₁模的模式简并特性和微波在椭圆波导中传输两个正交TE11模式相速不同的性质,研制了一种带有椭圆波导结构的圆波导TE₁₁模圆极化器。该圆极化器通过圆波导到椭圆波导的过渡段,将输入的线极化TE₁₁模式分成两个等幅、正交的TE₁₁模,然后调整椭圆波导长度,使得两个正交的TE₁₁模式的相位差为90°,实现了TE₁₁模式微波线极化到圆极化的转换。利用时域有限差分软件优化设计了该圆极化器,并按照优化的结构尺寸加工了一套实验装置进行了实验测试,测试结果表明：在工作频率9～10 GHz范围内,该圆极化器轴比小于1 dB,驻波比小于1.1,且功率容量大于1.6 GW。     

Optimized overmoded TE01-to-TM11 mode converters for high-power millimeter wave applications at 70 and 140 GHz

Mode coupling in bent, oversized, smooth-wall circular waveguides was studied by means of numerical integration of coupled-mode differential equations in order to optimize high-power TE01-to-TM11 mode transducers at 70 GHz and 140 GHz. Such mode transformers are used in the mode conversion sequence TEOn to TE01 to TM11 to HE11 for generating the almost perfectly linearly polarized Gaussian-like HE11 mode from circular electric TEOn gyrotron modes. This quasi-optical HE11 hybrid mode is in many respects ideal for electron cyclotron resonance heating (ECRH) of magnetically confined plasmas in thermonuclear fusion research and for other technical applications. Curvature and ellipticity coupling as well as ohmic attenuation of 6 coupled modes (TE01, TM11, TE11, TE12, TE21, TM21) are included in the coupling matrices. Integral expressions were used for deriving the coupling coefficients for arbitrary modes in bent, smooth-wall waveguide. Lowest level of unwanted spurious modes together with highest transmission efficiency (shortest arc length) is achieved with sinusoidal curvature distribution instaed of constant curvature. The calculated conversion efficiencies of 98.0% at 70 GHz and 95.2% at 140 GHz (interior waveguide diameter D=27.8 mm for 200 kW transmission lines) are in excellent agreement with the measured values of (97.6±0.4)% and (95±1)%, respectively.     

Mode characteristics of hollow core Bragg fiber

Analytical expression to calculate propagation constant and mode field of the hollow core Bragg fiber is derived. Numerical results are presented. It is shown that the fundamental mode of the hollow core Bragg fiber is circularly symmetric TE01 mode with no polarization degeneracy, while the higher order mode may be HE11, TM01, or TE02 etc.. This property is different from conventional optical fiber that its fundamental mode is the linearly polarized HE11 mode and is polarization degeneracy.     

一种新型慢波结构TM01-TE11模式转换器的数值模拟

 设计了一种新型L波段慢波结构式圆波导TM₀₁-TE₁₁模式转换器，该转换器的尺寸为φ15.0 cm×40.8 cm，通过金属分割片将圆波导分成两个180°区域并在其中一个区域内设置半环形慢波结构。当TM01入射时，在两个区域内激励起扇形波导TE11模式，由于慢波结构的存在，该模式在两个区域内的传播常数不一样。适当调节慢波结构的参数，可使两个区域内传输的扇形TE11模式在金属分割片尾部相位相差180°，这两个扇形TE11模式耦合成为圆波导TE11模式输出，实现模式转换。建立数值模型并进行了模拟，结果表明在工作频率1.8 GHz处转换效率96%，反射率低于0.04，功率容量超过1.7 GW。     

具有同轴结构的高功率微波弯曲波导设计

 基于模式耦合理论,在理论推导出弯曲同轴波导TEM模和同轴TE11模之间耦合系数显式表达的基础上,报道了可传输同轴TE11模的弯曲同轴波导的设计方法和计算结果,并进行了实例研究。数值仿真结果表明：设计的具有同轴结构的弯曲波导,利用不同的同轴空间,在P,L,S波段中心频率0.680,1.575和3.75 GHz处TE11模单模传输效率超过了99.5%,单模传输效率超过90%的工作带宽分别为0.60～0.83,1.10～2.42和3.10～4.16 GHz。该结构的功率容量在各频段均达到了GW量级。     

All-fiber controller of radial polarization using a periodic stress

Our aim is to transpose the polarization control by mechanical stress, usually applied to single-mode fibers, to the (TM(01), TE(01), HE(21)(ev), HE(21)(od)) annular mode family. Nevertheless, the quasi-degeneracy of these four modes makes the situation more complex than with the fundamental mode HE(11). We propose a simple device based on periodic perturbation and mode coupling to produce the radially polarized TM(01) mode or at least one of the four modes at the extremity of an arbitrarily long fiber, the conversion to TM(01) mode being achievable by classical crystalline plates.     

F-P半导体激光器实现多波长注入锁定

F-P半导体激光器中对于TE模比TM模有更大的束缚系数,并且在其反射面上有更高的反射率.当TE模和TM模同时注入F-P半导体激光器的谐振腔时,TE模方向的信号得到增长,TM模方向的信号受到抑制.F-P半导体激光器的这种特性使得它类似于一个偏振器,但是其优越之处在于经过F-P半导体激光器注入锁定之后的光信号没有功率损耗.采用F-P半导体激光器的注入锁定原理,使入射光信号没有功率损耗地由偏振光转换为部分偏振光,降低了通信系统中传输信号的偏振敏感性,使传输信号的质量得到提高,实现了F-P半导体激光器三波长和四波长注入锁定.     

输入输出共轴的三弯曲型TM01-TE11模式转换器

 通过采用相位重匹配技术，设计了一种输入输出共轴的三弯曲型TM₀₁-TE₁₁模式转换器，该转换器由三段常曲率弯曲波导和两段直波导组成。用模式耦合理论建立了该类模式转换器的数值计算和优化设计方法，并设计了一个中心频率为7.0 GHz的模式转换器。该转换器的TM₀₁-TE₁₁转换效率在中心频率上大于99％，在6.5~7.5 GHz的频率范围内大于90％。应用时域有限差分法和有限元方法对所设计的模式转换器进行了仿真，仿真结果验证了设计理论和设计结果。     

线偏振拉盖尔-高斯光束的远场发散特性

利用稳相法和矢量结构理论, 导出了线偏振拉盖尔-高斯光束的矢量结构项TE项和TM项在远场的解析表达式. 进而利用TE项和TM项的远场能流分布, 给出了TE项和TM项的功率占总功率比例的度量式,同时还给出了线偏振拉盖尔-高斯光束、TE项和TM项三者远场发散角的解析式以及三者远场发散角间的关系式. 所得到的公式不仅适用于傍轴情形,而且还适用于非傍轴情形. 通过数值计算, 分析了TE项和TM项在远场的功率占总功率的比例与参数f和模数间的依赖关系;还分析了拉盖尔-高斯光束、TE项和TM项的远场发散角随参数f、模数和线偏振角的变化关系.这一研究从矢量结构本性揭示了线偏振拉盖尔-高斯光束的远场发散特性, 丰富了对其传输特性的认识.