衍射光学元件改善激光谐振腔输出特性的研究

运用矩阵本征值方法,对用位相型二元光学元件构成的激光谐振腔进行了数值计算,重点分析了圆形反射镜腔在不同菲涅耳数条件下的模结构参量特性.结果表明,这种谐振腔可以有效地提高基模与高阶模的模式分离度,并且可以根据需要,定制出理想的输出光束 关键词： 模式分离 衍射光学元件 激光谐振腔 矩阵本征值     

多元件谐振腔模式的有限元传输矩阵分析方法

建立了多元件谐振腔本征模的有限元传输矩阵模型。提出了模式计算相对误差概念及相应表达式,该表达式在数值上不受菲涅耳数的影响,能够很好反映有限单元划分方案对不同菲涅耳数的谐振腔的模式计算精度的影响。提出了有限单元划分精细度的概念和相应表达式,用以表征有限单元划分的精细程度。该表达式以菲涅耳数作为有限元传输矩阵法对腔镜单元格数划分的相对要求,用镜面实际划分的单元格数与菲涅耳数的比值来表征有限单元划分的精细程度。分析了不同谐振腔参数变化时模式计算相对误差与有限单元划分精细度的关系,建立了3种不同函数形式的经验表达式,并通过比较拟合残差选择了拟合效果较好的表达式。     

超导共面波导谐振腔耦合与串扰特性仿真

通过仿真对超导共面波导谐振腔的耦合与串扰进行了研究;建立了直线和不同形状蜿蜒线的超导共面波导谐振腔模型,通过对比分析,选择了合理的配置;仿真了间隙和不同长度的叉指形式的输入输出耦合电容,得到谐振频率和品质因数随其大小的变化规律;仿真了双腔之间的距离、腔的输入输出耦合电容以及腔间附加耦合电容对串扰的影响。     

四分之一超导谐振腔的仿真对比

超导量子电路已成为实现量子计算机的主流技术路线之一,其中四分之一波长超导谐振腔主要用于读取量子比特的状态信息,是实现超导量子电路的关键器件.本文设计了四分之一波长超导谐振腔,利用两种电磁仿真算法(有限元法以及矩量法),对超导谐振腔的传输特性进行建模仿真验证.制备出了设计的超导谐振腔样品,在20±5 mK的低温环境下对其传输特性进行测量.通过仿真结果与设计值和实测值进行对比研究,发现基于矩量法的sonnet软件在仿真准确性、仿真速率以及资源消耗等方面都优于基于有限元法的HFSS软件.同时研究了谐振腔之间的串扰对仿真精度的影响,当谐振腔数目不多时,其相互之间串扰的影响几乎可以忽略.     

多注速调管双重入式谐振腔的解析计算与仿真

 发展了一种计算多注速调管双重入式谐振腔的计算方法。根据场的等效原理将（模型等效后）腔体划分为二个规则区域，每个区域上的场由公共界面上的虚设磁流所激发。利用格林函数积分法可求得各场的分布，由相邻区域公共边界场的匹配条件得到场匹配方程，从而求解出腔体谐振频率，并采用微扰法对计算数据予以修正,同时可得到腔体另一重要参数特性阻抗。另外使用HFSS软件仿真腔体，并给出计算、仿真、实测数据比较。     

回旋管谐振腔本征模式计算的新算法

基于龙格库塔理论,提出了一种计算回旋管谐振腔本征模式的新方法.不同于传统计算方法,新算法只需要通过对含有本征模式谐振频率和Q值,两个变量的目标函数进行最小值优化,就能够确定出回旋管谐振腔本征模式的所有特性.通过实例的具体计算,可以证明新算法的计算效率,相对于传统计算方法有了本质上的提高. 关键词： 回旋管 算法 本征模式 计算效率     

多注速调管双重入式谐振腔的解析计算与仿真

发展了一种计算多注速调管双重入式谐振腔的计算方法。根据场的等效原理将（模型等效后）腔体划分为二个规则区域,每个区域上的场由公共界面上的虚设磁流所激发。利用格林函数积分法可求得各场的分布,由相邻区域公共边界场的匹配条件得到场匹配方程,从而求解出腔体谐振频率,并采用微扰法对计算数据予以修正,同时可得到腔体另一重要参数特性阻抗。另外使用HFSS软件仿真腔体,并给出计算、仿真、实测数据比较。     

磁绝缘线振荡器谐振腔的高频特性研究

 利用数值方法计算了磁绝缘线振荡器(MILO)主慢波结构谐振腔和扼流腔的谐振频率和场分布。结果表明：当主慢波结构腔内半径为4.6 cm,扼流腔内半径为4.2 cm,阴极半径为3 cm时,MILO工作在3.6~4.4 GHz频率范围,扼流片可以阻止微波功率向脉冲功率源泄漏,这有利于提高器件微波输出的功率;4.5~4.9GHz频段为慢波结构的阻带,微波在该频段截止。计算了C波段MILO开放腔的谐振频率,当模式分别为3π/8,π/2,5π/8,3π/4时,其谐振频率分别为3.18,3.76,4.00,4.11 GHz;并通过实验测出了开放腔的谐振频率,其相应的值分别为3.80,3.94,4.08.4.18 GHz, Q分别为194,143,231,468。数值计算的谐振频率与实验测出的频率基本一致。     

磁绝缘线振荡器谐振腔的高频特性研究

利用数值方法计算了磁绝缘线振荡器(MILO)主慢波结构谐振腔和扼流腔的谐振频率和场分布。结果表明：当主慢波结构腔内半径为4.6 cm,扼流腔内半径为4.2 cm,阴极半径为3 cm时,MILO工作在3.6~4.4 GHz频率范围,扼流片可以阻止微波功率向脉冲功率源泄漏,这有利于提高器件微波输出的功率;4.5~4.9GHz频段为慢波结构的阻带,微波在该频段截止。计算了C波段MILO开放腔的谐振频率,当模式分别为3π/8,π/2,5π/8,3π/4时,其谐振频率分别为3.18,3.76,4.00,4.11 GHz;并通过实验测出了开放腔的谐振频率,其相应的值分别为3.80,3.94,4.08.4.18 GHz, Q分别为194,143,231,468。数值计算的谐振频率与实验测出的频率基本一致。     

空心微瓶谐振腔的曲率模型及其传输特性研究

提出了有关空心微瓶谐振腔的曲率变化模型并且研究了曲率对其传输特性的影响。仿真分析了微瓶谐振腔内回音壁模式的分布情况,随着曲率的增加,微瓶谐振腔对回音壁模式的束缚能力越强,使得内部光场能量也相应增加。通过控制熔接机的放电次数制得不同曲率的空心微瓶谐振腔,并且根据理想气体状态方程,推导了制备工艺中曲率模型,研究了空心微瓶谐振腔的曲率随放电次数的变化趋势。实验结果表明,曲率越大的空心微瓶谐振腔品质因子越高,可达到7.26×105,该结论在提升谐振腔的品质因子方面具有重要价值。     

Ka波段分布作用速调管多间隙谐振腔研究

谐振腔作为速调管的高频互作用电路,其特性对速调管的功率、效率、增益和带宽等性能具有决定性影响。主要介绍了某Ka波段分布作用速调管谐振腔的设计过程：基于多间隙谐振腔理论,利用电磁仿真软件CST详细分析了谐振腔不同结构尺寸对特性参数,如品质因子、特性阻抗、耦合系数、有效特性阻抗的影响,优化得到谐振频率为35 GHz的五间隙谐振腔的物理结构模型,并给出互作用仿真结果,为Ka波段分布作用速调管设计及其高频注波互作用的计算提供重要的参考和依据。     

多变量自适应光学谐振腔系统动态特性的研究

针对自适应高功率激光非稳腔，在建立整个自适应激光谐振腔系统的数学模型基础上，首次运用现代控制理论中的多变量频域分析法进行系统的的动态特性研究，分析了闭环系统的稳定性，动态特性及关联性，同时提出了系统的重要参数之一－系统开环增益选择的限制条件。     

集成滤波器结构的可调超导微波谐振腔

在超导微波谐振腔耦合量子比特的杂化器件中,可利用超导材料动态电感随直流电流变化的特性,调节谐振腔的频率,进而匹配量子比特的频率.为抑制引入直流偏置电极导致的微波信号泄漏,在可调腔中加入滤波器是一种有效的方案.本研究以滤波器为切入点,运用计算机模拟,开发了原有“王”字型滤波器新的工作模式,并在实验上制作了可调超导微波谐振腔.测试结果表明,谐振腔的品质因子可达7800,阻抗约1700欧姆,谐振腔的频率可随直流电流发生明显变化,最大变化量可达26 MHz.     

光学谐振腔的CAD

根据光线传输矩阵、光学谐振腔及高斯光束的理论,用Turbo C进行了光学谐振腔的CAD软件开发研制获得了将计算和绘图融为一体的设计应用软件该软件采用人机对话的方式,用简单明晰易操作的汉化选单系统为界面,对输入参量或选定腔型的腔体,以文本和图形两种形式,将其腔内电磁场分布形态及其相应器件输出的有关参量,谐振腔的几何结构及等价共焦腔显示于屏幕之上.     

利用场耦合理论研究开放微波谐振腔

利用电磁场的等效原理，将一个开放微波腔等效于一个闭合边界微波腔（即封闭微波腔）和开放边界（即行波吸收边界）两部分，然后利用等效封闭微波腔的本征模式及其与开放边界的耦合，建立了关于开放微波腔模式（即模式场分布、频率、品质因子）的耦合方程组，其中开放边界为行波吸收边界.以X波段六腔渡越振荡管为例进行分析，将该振荡管等效为封闭微波腔和同轴输出结构两部分，用SUPPERFISH获得封闭腔的各个模式场分布及频率，然后根据封闭微波腔与开放边界的耦合，求得六腔渡越振荡管的工作模频率为9.25GHz，品质因子为115.2，与实验测量结果基本符合. 关键词： 微波腔 本征模式 场耦合 渡越振荡管     

重入式谐振腔特性参数的解析方法

 对于在速调管中广泛使用的重入式谐振腔以及内部无漂移管的盒形腔,在忽略漂移管壁厚的前提下,导出了能够准确求解其谐振频率的本征方程,并在此基础上进一步计算了腔体的特性阻抗和固有品质因数。针对具体算例的应用表明,由解析式确定的腔体特性参数与SUPERFISH的数值结果具有很好的一致性。     

重入式谐振腔特性参数的解析方法

对于在速调管中广泛使用的重入式谐振腔以及内部无漂移管的盒形腔,在忽略漂移管壁厚的前提下,导出了能够准确求解其谐振频率的本征方程,并在此基础上进一步计算了腔体的特性阻抗和固有品质因数。针对具体算例的应用表明,由解析式确定的腔体特性参数与SUPERFISH的数值结果具有很好的一致性。     

缓变回旋管谐振腔研究

在高次模回旋管中, 模式竞争是亟待解决的问题. 本文基于广义传输线理论, 得到能准确描述缓变结构谐振腔模式耦合的一阶传输线方程组; 通过分析耦合系数, 优化得到了一种新型光滑渐变(缓变)谐振腔. 与直线连接的(折变)谐振腔相比, 该腔体有更强的模式抑制能力, 腔中非工作模式归一化幅值可达-100 dB, 输出行波段非工作模式归一化幅值可达-88.6 dB.     

SBS作相位共轭谐振腔产生Q突变的研究

用受激布里渊散射(SBS)作为相位共轭腔,同时兼起调Q脉冲压缩作用。并给出了在不同聚焦参数下脉宽压缩的结果。