太赫兹波段Smith-Purcell辐射的介质加载光栅高频特性

提出了一种用于Smith-Purcell效应器件的介质加载光栅慢波结构,通过研究该结构的注-波互作用过程,推导出带电子注的色散方程,并数值求解出波的线性增长率.利用色散方程,结合电磁场传播的边界条件,推导出Smith-Purcell效应振荡器工作所需的起振电流.详细研究了高频结构长度、电子注主要参数和介质相对介电常数对起振电流的影响,并与普通金属光栅结构进行了比较.结果表明:保持其他参数不变时,高频结构长度越短,起振电流越大;保持高频结构参数不变时,起振电流随电子注厚度和注-栅距离的增大而增大,随电子注电压的增大而减小;与金属光栅相比,介质的引入提高了注-波互作用的增长率,有效减小了振荡器的起振电流.理论计算结果与软件CHIPIC的模拟结果比较符合.     

介质加载复合光栅结构的色散特性研究

提出了一种用于Smith-Purcell器件的介质加载金属光栅周期慢波结构.通过采用本征函数法和单模近似法求解了介质加载金属光栅的"热"色散方程,在同步点得到了注-波互作用的一阶和二阶增长率,分析了光栅槽宽和槽深对色散特性的影响,并研究了电子注参数及其与光栅表面距离等主要参数对增长率特性的影响.结果表明:通过介质加载金属光栅有利于减弱色散,随着介质相对介电常数、槽宽度以及深度的增大,色散曲线变平缓且向低频区移动;当电子注参数变化时,一阶增长率曲线从整体上粗略地描述增长率变化趋势,二阶曲线则更精细地描述增长率相应值的变化.利用软件MAGIC对该结构的色散特性进行了二维模拟,模拟结果与理论计算值符合良好.     

397 GHz斜注管互作用系统的设计模拟

斜注管是返波振荡器的一种，通过电子注的倾斜，电子距离慢波结构更近，高频场更强，耦合阻抗和互作用效率更高，显著增加输出功率。对带状注斜注管的互作用系统进行了设计，并首次将双排齿慢波结构应用于斜注管。利用电磁模拟软件和3D粒子模拟软件对设计的斜注管的色散曲线和场分布进行了分析，并对其注-波互作用进行了模拟，可以得到大于100 mW的输出功率以及50 GHz的调谐带宽。输出功率在370.5 GHz频点处处达到峰值2.3 W，电子注电压7.0 kV，注电流120 mA，聚焦磁场1.0 T。     

亚波长金属光栅的衍射辐射特性研究

分析了亚波长金属光栅的双边衍射辐射机制和特性.利用运动电子激励亚波长光栅结构,研究了其产生的双边衍射辐射.通过三维粒子模拟软件仿真,得到了光栅上下空间的电场空间分布,结合结构辐射布里渊图,证明了亚波长对称光栅上下半空间的衍射辐射场分布同样可以由Smith-Purcell辐射公式来解释,即主要有电子运动速度和光栅周期决定,并分别研究了缝隙宽度、光栅厚度对上下半空间衍射辐射的影响.为进一步研究下半空间的衍射辐射场,采用了非对称的光栅结构,研究表明非对称光栅下半空间衍射辐射场不仅取决于电子运动速度和结构下表面的周期,同时也与电子运动激励起的上半空间的辐射频率范围密切相关.     

可控聚焦型减速场能量分析器的设计分析

基于之前减速电场能量分析的设计与实验,针对实验中出现的绝缘性不好、能量分辨率不高等问题,对原结构进行了改进与仿真分析,以更好地实现行波管电子枪电子注及注波互作用后电子注参数的精确测量和分析,为行波管的设计、性能改进和研制提供参考。该可控聚焦型减速场能量分析器结构将高压圆筒与减速栅网进行电气绝缘隔离,并在二者之间设置一个可控的小电压,产生的第二个静电透镜对发散的电子注产生加速会聚的作用,以削弱在第一个透镜聚焦作用的薄弱区域空间电荷效应及电子注发射角等因素对注发散的影响,调整粒子轨迹倾斜度和分辨率。同时,整体结构在不影响测试精度的情况下向小型化和轻型化发展。应用CST粒子工作室对不同粒子界面处粒子分布及整体场结构进行模拟,然后用Matlab软件进行数据处理并导出关键参数。着重分析结构性能的优化和提升在分辨率及半峰值全宽度等参数上的体现。结果表明该能量分析器适用于几keV到10keV的强流电子注的测量。     

S波段多注相对论速调管放大器的数值模拟

利用3维电磁场与粒子模拟软件对S波段多注相对论速调管放大器进行了分析设计和模拟计算。通过对谐振腔本征模的计算确定腔体的冷腔高频特性,采用3维的粒子模拟软件（PIC）模拟分析速调管各腔及整管的束波互作用过程。模拟结果表明:通过引入同轴谐振腔结构,使电子注不必集中在谐振腔中心通过,降低了电场不均性对束波互作用的不利影响;通过引入多电子注,电子在相对较低的轴向聚焦磁场下依然拥有较高的通过率,降低了速调管对聚焦磁场的要求。模拟中采用3个同轴谐振腔进行束波互作用,在输入电压700 kV、束流5.8 kA和聚焦磁场0.4 T的情况下,得到了功率1.4 GW的输出微波,效率为35%。     

螺旋线行波管慢波结构设计及注波互作用模拟

通过模拟计算,分析螺旋线内径和螺距变化对色散和耦合阻抗的影响,优化慢波结构,初步设计了Ku波段螺旋线行波管慢波结构。模拟行波管输入输出结构,得到输入端反射系数小于-19 dB,电压驻波比小于1.24。电子聚焦系统采用周期永磁聚焦,磁场周期为8.5 mm,计算得到磁场峰值为0.17 T。为提高注波互作用效率,采用具有动态速度渐变特性的慢波结构,使得电子注与高频场有足够的互作用时间,从而保证电子不断地将能量交给高频场。运用三维PIC粒子模拟软件分析行波管的注波互作用,得到在12.5~16 GHz频率范围内输出功率大于88.7 W,电子效率大于14.8%,增益大于34.6 dB。     

70 GHz二次谐波倍频回旋速调管研究

 对70 GHz二次谐波倍频回旋速调管高频结构和电子与波互作用进行了研究。研究了TE02模腔体绕射品质因数及模式转化，解决了二次谐波倍频回旋速调管漂移段不能截止70 GHz的TE01模而引起的腔体间高频串扰的问题。分析了注电流、输入功率、电子横纵速度比和电子注引导中心半径等参数对输出功率、增益和效率的影响。针对二次谐波回旋速调管放大器工作频带窄、效率低，进行了高频结构优化设计，显著地展宽了工作频带，提高了互作用效率。在理论分析和高频计算的基础上，建立了注-波互作用PIC（粒子模拟）模型，进行了粒子模拟计算和优化，得到了70 GHz 的二次谐波倍频四腔回旋速调管放大器设计方案。粒子模拟结果表明：在工作电压70 kV，注电流13 A，电子注横向速度与纵向速度比为1.5时，中心频率69.81 GHz输出功率256 kW，带宽160 MHz，电子效率28%，饱和增益大于44 dB。     

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     

曝光系统离焦对平面全息光栅衍射波前的影响

波前像差是衍射光栅的重要技术指标，它直接影响光栅的分辨率。由光致刻蚀剂记录两束相干光干涉条纹是制作全息光栅的关键步骤。为了提高全息光栅曝光系统调整精度、减小离焦、降低光栅的衍射波前像差，从离焦对反射球面准直镜的准直光平行度的影响程度出发，分析了准直光平行度对全息光栅衍射波前像差的影响。理论分析和数值模拟结果表明，准直镜调整误差直接决定全息光栅衍射波前像差大小。以3种不同刻线密度光栅为例，得出了准直镜调整误差的允许变化范围。     

一种新的基于频域有限差分方法的小周期有机太阳能电池的光电特性

由MoO₃/Ag/MoO₃ （MAM）组成的多层膜结构非常有希望替代ITO作为有机太阳能电池中的透明阳极.然而,基于MAM结构的有机太阳能电池光吸收能力较弱.为此,引入了一种小周期短节距金属光栅,利用表面等离子激元增强活性层的光吸收.借助于频域有限差分方法求解麦克斯韦方程和半导体方程,探讨了有机太阳能电池结构的光学和电学性质.分析结果表明：与平面结构相比,活性层中的光吸收大大提高;同时,当凹槽宽度为4 nm,能量转换效率提高了49%.相关结果有助于更好地开发和利用无ITO层的有机太阳能电池.     

一种基于CCD的实时测量光栅常数的方法

光栅常数是检验光栅质量的重要参数之一.该文介绍了一种实时检测光栅参数的方法,即利用面阵CCD采集光栅衍射图像信息,通过计算衍射±1级光斑与主极大光斑的能量比得出光栅常数.这种方法具有检测速度快、系统简单、精度高等特点,可用于生产线上光栅的实时检测.     

Analysis of Complex Dielectric Phase Gratings by Hybrid FEM-Gaussian Mode Expansion Technique

Hybrid technique of finite element method (FEM) and Gaussian mode expansion method is implemented for the analysis of transmission property of dielectric phase gratings used in holographic power combining systems. It takes advantages of the versatility of FEM and the simplicity of the mode expansion method. Apparently, this hybrid method is well suited for the analysis of phase gratings with complex profiles, which provide more degrees of structural freedom than those of classical rectangular groove gratings. The transmitted fields of an array of two and three fundamental Gaussian beams through the multi-stepped and curved gratings are calculated by the hybrid method. Numerical results show that much less phase distortion can be fulfilled for the reconstructed pseudo-plane wave by the modified phase gratings, especially the curved ones. This is advantageous for improving the combining efficiency in spatial millimeter wave and sub-millimeter wave power combining systems.     

Changing photo-written Bragg wavelengths of fiber gratings via one phase mask and four mirrors

A phase mask interferometer is developed to photo-write long gratings with arbitrary Bragg wavelengths. In this system, the fiber Bragg grating is photo-written by UV interference stripes of 193 nm reflected from two rotatable mirrors and two fixed mirrors, where the phase mask is not only used as a beam splitter, but also initialized the reference quantity of Bragg wavelength; the fixed mirrors are used for reducing the incident angle; the rotatable mirrors are used for adjusting the corresponding photo-written Bragg wavelength. It is worth noting that the photo-written length is fourfold as high as the length in the Talbot interferometer with the same mirror size.     

零像散宽波段平场全息凹面光栅的优化设计

平场全息凹面光栅的理想像面应为一平面,此时子午焦线与弧矢焦线均位于像面内且彼此重合,形成接近理想像点的光谱像。但子午焦线总是存在弯曲,只有弧矢焦线在满足一定条件的情况下可以成为直线。鉴于此,提出一种满足平场弧矢焦线条件的平场全息凹面光栅设计方法。利用光学设计软件ZEMAX研究了运用此方法设计的零像散光栅的成像特性,并与原有设计方法得到的结果进行比较。模拟结果显示,满足平场弧矢焦线条件的光栅能够达到与原有方法所设计光栅相当的光谱分辨率,而其全波段零像散特性使其拥有更加出色的弧矢方向聚焦性能,显著提高平场光谱仪的信噪比。     

平场全息凹面光栅制作结构与使用结构之间误差补偿作用的数值模拟与实验验证

通过对优化计算出的平场全息凹面光栅制作结构(曝光记录结构)和使用结构(光谱仪分光结构)之间各个参数进行联合数值模拟,得出如下结论：在优化设计参数值附近一个较大范围的误差区域内,平场全息凹面光栅的制作结构参数误 差和使用结构参数误差可以相互补偿,最终补偿的结果可以使光谱成像质量达到与原设计结构相当的水平,满足光谱仪器的使用要求。文章给出了数值模拟结果以及与其相符的实验验证结果。此补偿作用有利于降低平场全息凹面光栅制作 中各个参数精度的调节难度,并且可以对实际使用过程中光谱仪器的设计和装调进行理论上的指导。     

超高强度激光脉冲压缩用衍射光栅

衍射光栅是超高强度激光脉冲压缩器的核心元件之一，其高衍射效率、高损伤阈值和大尺寸的苛刻要求是普通商业光栅所远远不能满足的，文章对高强度激光超短脉冲压缩用衍射光栅的基本要求、主要类型、研究现状进行了综述。     

A Novel OADM Based on Fiber Gratings

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｏｐｔｉｃａｌａｄｄ/ｄｒｏｐｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ (ＯＡＤＭ)ｉｓｔｈｅｋｅｙｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｏｐｔｉｃａｌｔｒａｎｓｐｏｒｔｎｅｔｗｏｒｋｓ(ＯＴＮ) .ＭａｎｙＯＡＤＭａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｒｅｐｏｒｔｅｄ ,ｓｕｃｈａｓｔｈｏｓｅｂａｓｅｄｏｎｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒｓ,ａｒｒａｙｅｄｗａｖｅｇｕｉｄｇｒａｔｉｎｇｓ(ＡＷＧ ) ,ａｃｏｕｓｔｏ ｏｐｔｉｃｔｕｎａｂｌｅｆｉｌｔｅｒｓ (ＡＯＴＦ) ,ｆｉｂｅｒＢｒａｇｇ ｇｒａｔｉ…     

Nonlinear continual growth model of nonuniformly scaled reliefs as applied to the rigorous analysis of the X-ray scattering intensity of multilayer mirrors and gratings

It is revealed that certain terms entering into the nonlinear continual equation describing thin-film growth enable its application to the simulation of the surfaces of multilayer mirrors and gratings with a large height and/or jumps of boundary-profile gradients. The proposed model characterizes both variations in the power spectral-density function of the surface of Al/Zr multilayer mirrors and the smoothing and shift of the boundaries of Mo/Si and Al/Zr gratings grown on Si substrates with triangular groove profiles by means of magnetron and ion-beam deposition. Rigorous calculations indicate that the intensities of diffuse X-ray scattering by Au mirrors, which have similar boundary profiles with Gaussian and exponential autocorrelation functions, differ substantially from each other. Computer simulation of the growth of Mo/Si and Al/Zr multilayer gratings is performed. On the basis of the calculated boundary profiles, the absolute diffraction efficiencies of the Mo/Si and Al/Zr gratings are found via the integral equation method in the extreme UV region. It is demonstrated that the proposed comprehensive approach to calculations of the boundary profiles and the intensities of short-wavelength scattering from multilayer mirrors and gratings makes it possible to carry out studies comparable in accuracy to measurements based on synchrotron radiation.     

斜入射时测量谱线波长公式的修正

讨论通过测量相应衍射线与入射线的偏转角来测量谱线波长的方法,该方法避开光栅双面反射致绿十字像重影而无法精确调整的问题。该方法测量偏向角可提高斜入射时测量谱线波长的准确度。