激光器件 自由电子激光器

TN248．6 2005020990 新型史密斯-帕塞尔效应可调辐射源研究=Novel Smith- Purcell tunable radiation source[刊,中]／陈嘉钰(电子科技 大学高能电子学所．四川,成都(610054)),王明红…//中 国激光．-2004,31(11)．-1289-1292 提出采用中等能量的相对论环状电子注激励轴对称 三曲面反射镜、绕射光栅系统,产生毫米波、远红外波段辐 射的新型准光学可调辐射源实验方案,这是一种基于史密     

毫米波速调管电子光学系统的研究

电子光学系统是毫米波速调管长寿命和整管性能实现的关键,毫米波速调管零件尺寸较小,为了在Ka波段和W波段实现千瓦量级的输出功率,要求具有高的电子注通过率及低的阴极负荷。对Ka波段和W波段电子光学系统特性进行了分析,确定了Ka波段10 kW分布作用速调管和W波段1 kW分布作用速调管电子光学系统的设计方案,利用软件对电子枪和聚焦系统的结构进行计算,并采用CST仿真软件对设计的电子枪发射的电子注在聚焦磁场中的状态进行优化。设计出的Ka波段速调管电子光学系统,电子枪工作电压26 kV,发射电流2 A,互作用区长度30 mm,磁场强度大于0.6 T,流通达到100%。设计的W波段速调管电子光学系统,电子枪工作电压17 kV,电流0.65 A,互作用区长度20 mm,磁场大于0.9 T,流通达到100%。已制成Ka波段速调管和W波段速调管,设计的电子光学系统能够满足速调管工程化需求。     

V波段大功率带状注曲折波导行波管

利用曲折波导慢波结构和一个长宽比为3∶1的带状电子注作为注-波互作用电路,完成了对V波段大功率行波管互作用电路的设计。分析了带状电子注通道对高频特性的影响,并在综合考虑色散和耦合阻抗的情况下得到了优化的结构参数。建立了3维的V波段带状注曲折波导行波管的电路模型,并利用CST粒子工作室完成了注-波互作用的仿真研究。研究结果表明,当工作电压和电流分别为17 kV和150 mA时,带状注曲折波导行波管在58~62 GHz时的饱和平均输出功率大于160 W,增益大于34.7 dB。     

THz振荡器双光栅开放腔的高频特性

针对双开槽的双光栅开放式谐振腔,提出了一种基于矩形波导谐振腔理论的计算方法,给出TE04模式场分布的结构设计修正公式,用于进行准光学谐振腔结构设计优化,通过增强电子注区域的电场强度,可有效提高电子效率。同时对双光栅慢波结构"冷"色散特性进行了计算,分析了不同参数对其高频特性的影响。结果表明,双光栅槽宽和电子注通道宽度的变化会对其色散特性的频带上限产生较大影响。     

周期椭圆螺线管聚焦带状电子注的理论研究和粒子模拟(英文)

带状电子注真空器件是一种很有潜力的高功率微波毫米波器件,其中带状电子注的稳定传输和聚焦是该器件的关键。针对带状电子注的聚焦和传输,提出采用周期椭圆螺线管结构来稳定传输高椭圆率的带状电子注。通过理论分析,得到椭圆螺线管的磁场分布情况,研究了该磁场下带状电子注的运动情况,并且推导出带状电子注在周期椭圆螺线管结构中稳定传输的条件。最后,采用粒子模拟验证了该稳定传输条件。     

大功率Nd∶YAG固体激光器

介绍了一台单级输出灯泵浦大功率脉冲Nd∶YAG激光器。该激光器脉宽0.1-10ms可调,频率1-1000hz可调,总注入电功率12kw。试验得到激光器参数脉冲宽度和频率协调改变,可使激光器在整个脉宽范围内都能稳定500w输出;最大单脉冲能量56J;总体电光效率4.2%;光束质量为25mm.mrad;功率稳定性±2%。     

高传输通过率带状电子注聚焦与传输特性的研究

大宽高比的非轴对称带状电子注在微波和毫米波真空电子器件中具有显著的技术优势与应用潜力. 采用轴向均匀磁场可以聚焦和传输带状电子注,且具有易于实现电子注与磁场的匹配和调节、聚焦强流电子注以及无传输截止电压限制等优点,但面临严重的Diocotron不稳定性. 结合单粒子模型理论和冷流模型理论,对带状电子注传输特性进行的研究及其数值计算表明,通过详细设计带状注电子光学系统物理参数,增强聚焦磁场并在传输通道高度方向上选择较大的电子注填充比,可以有效降低Diocotron不稳定性对带状电子注的影响,并实现其长距离稳 关键词： 带状电子注 传输 均匀磁场聚焦 Diocotron不稳定性     

基于β相硒化铟的被动调Q及锁模掺镱光纤激光器（特邀）（英文）

利用层状半导体β相硒化铟作为可饱和吸收体,在掺镱光纤激光器中实现稳定的调Q及锁模运转。经测量该可饱和吸收体在1μm波段调制深度及非饱和损耗分别为47%及20%。将可饱和吸收体插入掺镱光纤激光器中,可获得53.42 kHz到217 kHz重频可调的调Q脉冲。其最窄脉冲宽度为630 ns,最大单脉冲能量为47.9 nJ。优化激光谐振腔后可进一步实现稳定的锁模输出,其重频为10.82 MHz,最大输出功率为51.2 mW,最大单脉冲能量为4.7 nJ。实验证明了β相硒化铟作为可饱和吸收体在近红外超快非线性光学方面的潜力。     

W波段带状注矩形单栅返波振荡器模拟研究

提出并研究了一种带状电子注矩形单栅返波振荡器。首先研究了矩形单栅慢波结构的色散特性和耦合阻抗特性,然后粒子模拟并优化设计了带状注矩形单栅高频结构,预群聚腔及输出一体化结构。研究结果表明:利用电压200kV、电压2kA、截面为24mm×0.5mm的带状电子注,驱动该矩形单栅返波振荡器,能够产生42 MW的输出功率,工作频率86GHz,效率为10.5%。     

脊加载曲折波导行波管注波互作用的线性理论研究

提出了一类新型毫米波大功率微波器件——脊加载曲折波导行波管,推导出了引入电子注后的"热"色散方程.通过数值求解此方程,研究了加脊尺寸和电子注参数对小信号增益影响.计算结果表明:通过适当的尺寸设计和工作参数的选择,此结构在Kα波段具有18.51%的3 dB增益带宽和1.15 dB/周期的增益;相比于常规曲折波导结构,脊加载结构在保证一定带宽的情况下,具有更高的增益和电子效率;为了进一步提高增益,可以适当增加脊宽度和高度,也可在一定范围内增加电子注电流. 关键词： 毫米波 曲折波导 脊加载 小信号增益     

A Novel Smith-Purcell FEL

A novel Smith-Purcell FEL with a relativistic electron beam of middle energy and a quasi-optical resonator composed of diffraction grating and three mirror reflector is described in this paper. Coherent radiation with peak power of tens of KW at 3 mm waveband is successfully detected from an experimental facility characterized by beam energy of 400-500 KeV, pulse length of 70 ns, pulse beam current of 0.2 KA, and pulse guide magnetic field of up to 1.2 T.     

Investigation of a Novel Smith-Purcell Tunable Radiation Source

A novel Smith-Purcell tunable radiation source with relativistic electron beam of middle energy and a quasi-optical resonator composed of diffraction grating and three-mirror reflector is reported. Theoretical analyses and numerical simulation results indicate that coherent radiation with peak power of a few MW order can be achieved from this experimental model. The typical curve of PIC simulation and cool testing experiment is also given.     

94 GHz回旋管准光模式变换器设计

基于几何光学理论和矢量绕射理论,研究了将回旋管及其他高功率微波器件的振荡输出模式转换成准光高斯波束的模式变换器,采用伏拉索夫(Vlasov)辐射器和三级准光反射面实现了准高斯模TEM₀₀的横向输出.研究了Vlasov辐射器的工作机理,运用矢量绕射理论计算出波导辐射场,口面电流分布的方法计算反射面辐射场.通过编写程序设计了将94 GHz,模式为TE₆₂的毫米波转化为准光高斯波束的内置式准光模式变换器. 关键词： 94 GHz回旋管 内置式准光模式变换器 Vlasov辐射器 矢量绕射理论     

Nonstationary 2D models of the electron-wave interaction

A 2D nonstationary model of induced emission of ribbon-shaped electron beams and clusters in free space is developed in the quasi-optical approximation. On the basis of this model, the problem of enhancement of a short electromagnetic pulse propagating along a quasi-stationary ribbon electron flow, the theory of a BWT-type oscillator with radiation channeling by an electron beam, and the process of collective acceleration of a short electron cluster in the field of an intense cocurrent wave are considered.     

准光模式变换器研究与设计

研究了将回旋管及其他高功率微波器件的振荡输出模式转换成准高斯波束的准光模式变换器,实现了准高斯模TEM00的横向输出。利用几何光学分析了模式在波导中的传播,进一步分析了伏拉索夫（Vlasov）辐射器的工作机理,运用矢量绕射理论计算出辐射场; 通过编程设计了将94 GHz、模式为TE62的毫米波转化为准高斯波束的准光模式变换器。结果表明:通过设计Vlasov辐射器和两级反射镜,可以在窗口处得到准高斯波束, 整个系统的功率效率达到87.5%。     

Production of an Intense, Well-Collimated Submillimeter Wave Beam and Its Application to Plasma Scattering Measurements

Intense submillimeter wavelength radiation (f=354 GHz, P=110 W) from Gyrotron FU II is converted into a well-collimated, linearly-polarized beam by a quasi-optical transmission line consisting of a quasi-optical antenna and several mirrors. The observed focusing of the beam agrees with calculations based on the Huygens equation. We have used this intense beam to study low frequency density fluctuations by plasma scattering in Compact Helical System (CHS) plasmas at the National Institute for Fusion Science.     

Amplification of short-wave radiation based on the resistive instability of a relativistic electron beam (Quasi-optical theory)

The quasi-optical approach has been used to study the linear and nonlinear stages of instability of an electron beam propagating near a flat boundary of an absorbing medium with dissipative characteristics that can be described by the Leontovich impedance boundary conditions. It has been shown that resistive instability can be used to amplify radiation in the short-wave ranges, including the terahertz range. The instability increments and the efficiency of energy transfer have been determined.     

The Quasi-optical Equation in a Medium with Weak Dissipation

Optics and Spectroscopy - The form of a quasi-optical equation for a pulse of quasi-monochromatic radiation propagating in a homogeneous or one-dimensionally inhomogeneous linear medium with...     

The Quasi-optical Equation in Media with Weak Absorption

Optics and Spectroscopy - The form of a quasi-optical equation for a beam of monochromatic radiation propagating through a layer of a weakly absorbing linear medium is analyzed. It is concluded...     

Axisymmetric optical system for quasi-optical gyrotron

An analysis is carried out with a profile of hollow Gaussian radiation beam propagating in an optical system composed of coaxial annular curved mirrors. The result will be a useful tool in designing an axisymmetric quasi-optical gyrotron oscillator (ASQUOTRON).