光学相关论题

电子光学O463.12007021959高峰值功率多注速调管电子光学系统的研究=Electro-op-tical systemin high peak power multi-beam klystron[刊,中]/张瑞(中科院电子学研究所.北京(100080)),王勇//强激光与粒子束.-2006,18(9).-1519-1523分析了存在于高峰值功率多注速调管电子光学系统中的问题。采用间接设计方法设计了S波段50MW多注速调管的电子光学系统。设计中采用分立屏蔽筒结构解决电子枪区聚焦场的旁轴对称问题。利用二维电子光学软件EGuN、三维电磁模拟软件MaFIA和PIC粒子模拟程序对电子轨迹进行了模拟,结果表明,分立屏蔽筒结构可以…     

多注速调管电子光学系统的模拟

 利用3维电磁场计算软件MAFIA对L波段100 kW多注速调管的多注电子光学系统进行了模拟计算。通过编写宏程序使MAFIA可以计算旁轴电子枪的性能参数，给出了磁场分布并分析了磁场的差异对电子轨迹的影响。模拟表明：中心注磁场具有轴对称性，在均匀区，轨迹的波动性最小，电子轨迹的层流性也最好； 内层电子注径向磁场较小，轨迹的波动性略大于中心注的情况；外层电子注靠近极靴处径向磁场最大，电子轨迹的波动最大，层流性最差。计算并模拟显示了18个电子注在收集极入口处的发散情况。     

带状注速调管电子光学系统的设计与模拟

 设计了对有限宽带状注进行聚焦的周期永磁（PPM）磁场，利用E-GUN，SUPERFISH，MAFIA和PIC模拟软件，建立了计算具有平面对称结构的2维及3维电子光学系统模拟平台,并应用此平台对X波段、100 MW带状注速调管的电子光学系统进行了设计与模拟。结果显示，利用设计的PPM聚焦系统，当磁场周期为60 mm，入口处磁场为0.1 T时，在600 mm的传输距离下，电子注的通过率达到了99.6%。     

Wiggler聚焦带状注速调管电子光学系统的设计

 带状注速调管可以在高频段实现高功率微波输出，电子光学系统是带状注速调管的关键部件。阐述了Wiggler双平面聚焦理论，设计了新型椭圆形柱面阴极和椭圆形聚焦极结构，阴极曲率半径为17 mm，长轴10 mm，短轴4 mm；聚焦极长轴28.8 mm，短轴10.4 mm。采用这种结构可以直接产生椭圆形带状电子注，且阴极发射电流密度较为均匀。设计了周期长度为8 mm，总长度为108 mm，中间带有凹槽并可以实现双平面聚焦的Wiggler结构，模拟显示电子注填充因子在75%左右，通过率达到100%。设计了新型的菱形收集极结构，电子轨迹在收集极内发散均匀。     

高峰值功率多注速调管的初步研究

 高峰值功率速调管因其作为高功率微波源而受到各国的重视。采用单电子注方案的高峰值功率速调管存在许多难以克服的问题，如工作电压很高，输出效率偏低，系统体积偏大等。对高峰值功率多注速调管进行了初步的研究，重点研究了S波段50 MW多注速调管的电子光学系统和高频互作用系统。研究表明，在与单注速调管相同的功率电平下，多注速调管的工作电压明显降低，输出效率明显提高，同时，这种管型也存在结构复杂、电子注聚焦和消除非工作模式困难等技术问题。     

带状注速调管注波互作用及其计算程序的研究

针对带状注速调管中采用非轴对称性大宽高比带状电子注的特点,建立了2.5维窄带宏粒子模型,编写了注波互作用模拟分析程序.以一支百兆瓦级带状注速调管模拟设计为例,对程序的计算能力和效果进行了检验,结果与三维PIC软件有较好的可比性,且计算效率有很大幅度提升,适用于带状注速调管注波互作用系统的初步设计和参数优化过程. 关键词： 速调管 带状注 窄带宏粒子模型 注波互作用     

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。     

L波段高功率多注速调管设计与模拟

 开展了峰值功率10 MW、平均功率150kW的L波段多注速调管的研究工作。采用均匀场多透镜聚焦系统对多电子注进行聚焦,获得了具有良好层流性和波动性的旁轴多注电子光学系统;采用二次谐波腔,对6个电子注、6个同轴谐振腔结构的速调管进行了注波互作用计算。结果表明,当电子注电压为115 kV,电流为132 A时,可获得大于10 MW的脉冲输出功率,大于65%的输出效率和大于45 dB的增益。     

栅网结构碳纳米管冷阴极电子光学系统的设计

基于碳纳米管冷阴极实验测试结果,采用三维粒子模拟软件对大面积碳纳米管冷阴极的场致发射特性进行了仿真,研究了栅网结构不同尺寸对碳纳米管冷阴极场致发射特性及电子注通过率的影响,并在此基础上设计出面积压缩比为18,输出电流密度为14.9 A/cm2的带状注电子枪。为进一步研制碳纳米管冷阴极电子光学系统和相关微波、毫米波电真空辐射源器件提供了技术基础。     

反转永磁聚焦C波段高功率多注速调管

反转永磁聚焦C波段高功率多注速调管作为加速器系统的功率源，具有脉冲输出功率高、平均功率大、寿命长的优势，在工业辐照、放射治疗、无损检测等领域具有广阔的应用前景。设计并研发了一种可用于加速器系统的反转永磁聚焦C波段高功率多注速调管。其电子光学系统采用多电子注、周期反转永磁聚焦技术，高频系统工作在TM₂₂₀高次模式、多腔参差调谐，散热采用水冷方式。通过计算确定了结构参数，研制出速调管样管，通过测试，获得了大于3 MW的峰值输出功率，和计算结果相吻合。     

毫米波行波管电子光学系统的设计

 利用基于虚边界元法的VBGUN程序和基于边界元法的MOM程序，对一折叠波导毫米波行波管的电子光学系统进行了设计。设计过程中使用计算相关性系数的方法调节参数，通过计算敏感性系数以考察加工误差带来的影响。设计过程显示：低导流系数、小束腰、高压缩比的毫米波电子枪的层流性与电极尺寸相关性很大，易受到加工误差的影响；聚束系统的设计难点在于轴上峰值磁感应强度要受到漂移管半径的限制，这一点可以通过提高工作电压和降低电流来平衡，因此它的设计必须与慢波结构的设计同时进行。     

圆柱腔内系统电磁脉冲的数值模拟

应用3维全电磁粒子模拟程序研究腔体的内SGEMP,作为校验,模拟计算了光电子由圆柱腔体端面向内发射的SGEMP模型,并与文献结果进行了对比;使用该程序对圆柱腔体的3维内SGEMP进行模拟研究,得出注量为100 J/m2,特征温度为2 keV的黑体谱X射线,垂直入射高为4.5 cm、半径为7.5 cm的圆柱腔体侧面时,发射电流为20 A,产生的电场最高可达150 kV/m,磁场高达3.0×10?5 T。并对不同X射线注量下的电荷和电场分布情况进行了初步研究。     

磁屏蔽罩在梯度静磁场中的受力研究

在有梯度的静磁场中,对由软磁材料制作的磁屏蔽罩所受的静磁力的量级进行了评估。使用有限元分析和实验测试的方法研究了纯铁方形屏蔽罩在梯度静磁场中的受力情况,结果表明：把内腔尺寸100mm×100mm×150mm、罩体厚度为20mm的方形屏蔽罩放置在强度约为0.2T、梯度为0.03T?m?1的磁场中,其所受的静磁力约为184N,与其自身重力相当;静磁力随磁场强度的升高而增大;有限元分析与实验测试结果的偏差在0.2T背景磁场下约为21%。因此,在考虑一定余量的情况下,使用有限元计算评估屏蔽罩在静磁场中的受力情况是一种有效和比较可靠的方法。     

Electronic states of the icosahedral quasiperiodic systems in magnetic fields

The electronic properties of the icosahedral quasiperiodic system in a tile-dependent or uniform magnetic field is studied by quasi-Bloch scheme and the general solutions are obtained for the electronic states. The behavior of the three-dimensional (3D) non-interacting electrons in an icosahedral quasiperiodic system may be treated as the projection of that of the non-interacting pseudo-electrons in 6D. In the presence of the tile-dependent magnetic field, the non-interacting electrons are quasi-Bloch electrons, while they are partial quasi-Bloch electrons when the magnetic field is uniform.     

�����������ݶȾ��ų��е������о�

在有梯度的静磁场中,对由软磁材料制作的磁屏蔽罩所受的静磁力的量级进行了评估.使用有限元分析和实验测试的方法研究了纯铁方形屏蔽罩在梯度静磁场中的受力情况,结果表明:把内腔尺寸100mm×100mm×150mm、罩体厚度为20mm的方形屏蔽罩放置在强度约为0.2T、梯度为0.03T?m-1的磁场中,其所受的静磁力约为184N,与其自身重力相当;静磁力随磁场强度的升高而增大;有限元分析与实验测试结果的偏差在0.2T背景磁场下约为21%.因此,在考虑一定余量的情况下,使用有限元计算评估屏蔽罩在静磁场中的受力情况是一种有效和比较可靠的方法.     

基于虚拟样机的回旋加速器主磁铁设计与修正

 磁铁设计对于等时性回旋加速器极为关键。磁场分布需要满足粒子等时性加速和粒子径向、轴向聚集要求，同时避免危险的横向共振。提出了一种计算机辅助的自动化磁铁设计、建模和修正的方法，该方法在基于Python混合编程的虚拟样机集成设计环境中实现。详细描述了利用3维电磁场仿真软件TOSCA和自主开发的粒子束跟踪软件PTP对磁铁的优化过程，并给出了一个16 MeV负氢紧凑型回旋加速器的主磁铁设计实例。     

3维并行全电磁粒子模拟软件UNIPIC-3D

介绍了自行研制的3维并行全电磁粒子模拟软件UNIPIC-3D。在该软件中,电磁场量用二阶精度的时域有限差分方法迭代,粒子用相对论牛顿-洛仑兹力方程推进。该软件拥有复杂器件的几何建模和网格自动剖分的功能,具有模拟相对论返波管、虚阴极振荡器、磁绝缘线振荡器等高功率微波器件的能力。且该软件具有强大的后处理功能,可以显示电场、磁场、电流、电压、功率、频谱、粒子相空间等。在高性能并行计算机上对软件的并行效率进行了测试。通过与2.5维UNIPIC软件的结果进行比较,验证了UNIPIC-3D软件的正确性。     

Dynamics of a supersonic plume moving along a magnetized plasma

A particle-in-cell code is used to investigate the evolution of a density plume moving through a background plasma with supersonic speed directed along the confinement magnetic field. For scale lengths representative of laboratory and auroral phenomena, the major nonlinear effects identified by the present simulations are the formation of a bipolar current system from the ballistic electrons, the appearance of transient potential layers, and the carving of deep density cavities. A 3D magnetic topology is generated by the self-consistent ballistic and diamagnetic currents that accompany highly localized potential layers.     

速调管离子噪声特性的模拟分析

 离子噪声已成为影响现代微波管性能的一个重要因素，采用一维混合模型研究了速调管的离子噪声，用自编的1维粒子模拟程序对速调管的离子噪声特性进行了分析。采用小信号近似，从理论上推导出了速调管离子噪声与相位畸变关系的表达式，表明微波管相位噪声直接来源于管内离子量的变化。模拟了有离子噪声时速调管的相位特性，对模拟过程做了离子诊断并与实验结果进行比较，证明了模拟过程的正确性。探讨了电子束电流、电压以及聚焦磁场对离子噪声的影响规律，束电流与束电压改变后，离子噪声的周期与大小相应改变，增大束电流，离子噪声幅度会下降，并趋于稳定，而在束电流不变的情况下，离子噪声存在一个最小值。束电流与束电压确定，存在最佳的磁场使离子噪声幅度最小。