具有突变结构开放腔的矩阵分析

利用模式展开与场匹配原理，建立了突变波导的散射矩阵(S参数矩阵)，在此基础上分析研究了具有突变结构的波导开放式谐振腔，并由矩阵级联建立了开放腔总的S参数矩阵.通过Matlab编制计算程序对具有多级突变结构的开放式输出腔进行了数值计算和分析，并通过与实验数据和软件模拟的结果比较对该方法得到的数据结果进行了验证. 关键词： 回旋管 开放式谐振腔 突变结构 S参数矩阵     

含有吸收介质的突变结构腔体场匹配分析

采用分区求解场及边界场匹配方法推导出含有吸收介质波导的色散方程及突变结构高频腔体混合模式的场匹配方程。将解析分析与数值计算结合，对回旋速调管放大器高频腔体进行了数值计算，研究了吸收层对波导传播、衰减特性及谐振腔的谐振特性、损耗特性、Q值、场分布的影响。给出了数值模拟主要结果。 关键词： 吸收介质 场匹配 混合模 谐振腔 高功率微波     

基于电磁拓扑的多腔体屏蔽效能快速算法

提出基于电磁拓扑理论计算开孔多腔体屏蔽效能的快速方法.首先给出双腔体等效电路和电磁拓扑信号流图,并推导孔缝节点处的散射矩阵,给出拓扑网络的散射矩阵方程和传输矩阵方程,获得双腔体的广义Baum-Liu-Tesche(BLT)方程.在此基础上研究了开孔三腔体,包括串型级联三腔体和串并型混合级联三腔体的广义BLT方程.对于串型级联三腔体,其电磁拓扑网络和广义BLT方程在双腔体基础上直接扩展即可获得.而对于串并型混合级联三腔体,通过将位于三腔体公共面上的孔缝等效为三端口网络节点,并根据三端口网络散射参数定义推导获得该节点的散射矩阵,最终得到串并型混合级联三腔体的广义BLT方程.本文方法对双腔体的计算结果与文献结果和实验结果相符合,对3组不同类型和尺寸开孔腔的屏蔽效能的计算结果与时域有限差分法计算结果符合较好.该算法不仅效率高,通过对所有计算结果和实验结果的误差统计分析,表明该算法具有较高的计算准确度.     

运用模匹配法设计高功率高效率多模馈源

 在高功率微波天线系统中，要求馈源具有高功率容量和良好的辐射特性，内壁光滑的变张角结构多模馈源能够满足这一要求。在单级模匹配理论的基础上，给出了多个突变结构级联S参数矩阵的实现方法，并编制了数值计算程序。运用程序分析了各种不同结构光壁喇叭馈源，得到了其中各个模式之间的耦合关系及其口面辐射特性的变化。在大量计算的基础上，得到了Φ400 mm口面直径的高功率高效率多模馈源设计方案，理论功率容量大于1.5 GW，同时具有良好的轴对称辐射特性。实验与理论分析结果具有良好的一致性。     

Ka波段TE01模回旋速调管输出腔

 利用模式展开和场匹配理论,建立了具有突变结构谐振腔的散射矩阵。在此基础上编制了FORTRAN计算程序,并对Ka波段TE₀₁模回旋速调管的具有突变结构的开放式输出腔进行了数值计算。分析了回旋速调管输出腔的腔体长度和半径变化,以及输出耦合孔的半径和厚度变化对输出腔的品质因数和频率的影响。结果表明：由程序模拟输出腔所得到的计算结果与HFSS软件的结果一致;与冷测实验结果相比,品质因数的相对偏差为1.65%,谐振频率的偏差为10 MHz。     

统一非对称光波导横向耦合模理论分析

光波导横向耦合模理论包含正交耦合模理论和非正交耦合模理论两大类, 为了追求形式上的完美, 两类理论没有统一的解析解, 并且都没有对非匹配耦合系统中耦合功率的非对称性进行深入研究. 本文一方面由Helmholtz方程出发推导出了一种新型的非正交耦合模方程, 并对两类理论中的耦合模方程进行了统一处理和求解, 得到了一种统一的解析解; 另一方面根据所得到的统一的解析解对非匹配耦合系统中耦合功率的非对称性进行了详细研究, 计算结果表明非匹配耦合系统中的最大互耦合功率和最小自耦合功率均可用统一的解析解进行近似计算. 关键词： 光波导 耦合模理论 耦合器 最大耦合功率     

三阶分布反馈太赫兹量子级联激光器的远场分布特性

研究了三阶分布反馈太赫兹量子级联激光器的设计、制作并分析了其纵模和横模特性.通过建立波导结构模型,利用有限元方法模拟激光器波导结构内的三维模场分布,通过本征模的损耗分析器件的纵模模式选择机理.同时,由本征模的近场通过近-远场傅里叶变换求得激光器的远场分布.采用半导体工艺制作了4.3 THz双面金属波导三阶分布反馈量子级联激光器,测量了不同器件的发射谱和远场光束质量,远场发散角为12?×13?,实验结果和理论模拟符合.     

基于BLT方程的双层腔体屏蔽效能计算方法

基于波导理论,将BLT方程进一步拓展,提出一种可快速、准确地计算双层腔体内任意点屏蔽效能的方法。首先将腔体壁孔所在面等效为二端口网络,腔体等效为两端短路的波导,建立信号流图。引入孔阻抗计算二端口网络散射参数,依据信号流图构建广义BLT方程,得到内层腔体中心线上点的屏蔽效能;然后根据波导理论的场分布特性,推导出腔体内任意点电场与腔体中心线上电场的关系,最终得到内层腔体内任意点的屏蔽效能。将计算结果与等效电路法及CST数值仿真结果对比,三者吻合良好,计算结果在较大频率范围内比等效电路法精度更高。该方法可以准确预测双层腔体在0~2.5GHz范围内所有谐振点,有助于分析腔体谐振现象,且计算效率较高,占用资源大幅减少。     

基于随机拓扑的复杂腔体电磁辐射统计特性

针对电磁波经孔缝耦合进入多端口微波混沌腔体的电磁辐射问题,推导了孔缝随机耦合模型,以预测单腔体各孔缝处耦合电压的统计特性;并将该模型与电磁拓扑理论结合,提出了一种复合计算方法孔缝随机拓扑模型,用于分析级联腔体的孔缝耦合电压和传输系数等电磁量的统计特性,将该算法的计算结果与网络级联理论的计算结果进行对比,验证了算法的正确性。该模型可成为分析复杂不规则混沌腔体的孔缝耦合问题以及混响室研究的有利工具。     

同轴慢波结构相对论高功率微波产生器理论分析

 推导了同轴波导的空间电荷限制流，其值大于圆波导的空间电荷限制流。因此在阴极电势和束流相等的情况下，同轴波导中的束流具有更高的动能，同轴器件有可能获得更高的微波转换效率。理论推导出同轴慢波结构中考虑束流空间电荷影响的色散方程，利用Matlab进行了编程求解。不考虑束流空间电荷影响时，编程计算结果与Superfish模拟结果一致。由考虑束流空间电荷影响的色散方程数值计算结果，可知文献中提出的同轴慢波结构相对论高功率微波产生器工作在准TEM模的π模，频率为7.67 GHz，峰值时间增长率较高，电子束损失的能量与其初始能量之比为34%。这些结果均与文献中的数值模拟结果一致。同时理论分析说明该种器件无论在能量转换效率，还是在产生微波脉冲的上升时间上均具有优势。     

Readout of a weakly coupled qubit through the use of an auxiliary mode

The dispersive coupling between a qubit and a cavity mode is widely used for performing non-destructive readout of the qubit state. In this approach, it is typically required that the dispersive strong coupling regime is achieved. Here we show that the use of an auxiliary cavity mode reduces by orders of magnitude the required value of the dispersive coupling, for a given decay rate of the cavity mode. The analysis is performed within the input-output formalism, in terms of the photon scattering matrix elements and of the signal-to-noise ratio. We derive simple analytical expressions for the optimal parameters and recover the standard single-mode result as a limiting case. The present results can also be applied to the qubit readout based on longitudinal cavity-qubit interactions, and to any sensing scheme where the cavity frequency is used as a probe to estimate some physical parameter of interest.     

波长锁定激光二极管共振泵浦Nd:YVO_4晶体连续波自拉曼激光器的设计与研究

对波长锁定878.9 nm的激光二极管共振泵浦Nd:YVO_4晶体的全固态连续波自拉曼激光器进行了理论研究.考虑了激光晶体在共振泵浦时的热透镜效应,采用ABCD传输矩阵法和等效G参数法,计算了当采用不同曲率半径输出镜时腔内振荡激光的腔模参数,通过比较抽运光与振荡激光模式匹配的情况和拉曼晶体中基频光功率密度的大小,分析了不同腔结构对拉曼激光输出功率的影响,给出了实验结果的理论解释,并进一步优化设计了谐振腔结构.最终获得了5.3 W的高功率1175 nm连续拉曼激光输出,光光转换效率达到20%.     

Misalignment sensitivity of the cat’s eye cavity He-Ne laser

A concave mirror and a cat’s eye reflector acting as a resonator mirror form the cat’s eye cavity. Misalignment sensitivities of the cat’s eye cavity and conventional resonator are both analyzed in geometric method and matrix optics with misalignment sensitivity parameter. Valuable conclusions are drawn: in full-external He-Ne laser, cat’s eye cavity can improve the laser stability up to about 60 times better than the conventional one; diffraction loss introduced by the misalignment of the cat’s eye cavity attributes to the straight-line displacement vertical to the laser bore of the cat’s eye reflector; and with the convex lens center of the cat’s eye reflector secured immobile, the ultra-stable and adjustment-free cat’s eye cavity He-Ne laser is obtained. The analysis matches the experiment results very well. Cavities with three kinds of dimension errors are also calculated. This paper could be used as theoretic foundation for the design and application of cat’s eye cavity lasers.     

多层微穿孔板结构声学性能计算方法对比分析

计算多层微穿孔板结构声学特性方法传统主要用声电类比法,目前出现阻抗转移法和传递矩阵法,对比分析这三种计算方法,同时进行相应的实验验证。结果表明:阻抗转移法和传递矩阵法实质上是相同的,这两种方法计算结果与实验结果吻合良好。声电类比法在空腔较大时计算结果偏离实验值,原因是声电类比法采用集总参数分析,计算多层结构时,空腔单元只考虑声顺,忽略声质量,导致误差。阻抗转移法和传递矩阵法不存在这一误差,计算准确。     

相位修正的耦合模理论用于计算光纤Bragg光栅法布里-珀罗腔透射谱

基于光纤Bragg光栅(FBG)反射复振幅相移对FBG法布里-珀罗腔透射谱的影响,分析了传统耦合模理论计算均匀FBG反射复振幅相移产生误差的原因.引入折射率分布初始相位参数描述FBG折射率分布纵向的微小偏移,用真实的反透射系数代替简明形式的反透射系数,对传统耦合模理论进行了修正,增加了与折射率分布初始相位参数有关而与波长无关的相位因子.在此基础上进一步对计算非均匀FBG的传输矩阵法的相位进行了修正.修正后的快速计算结果用于FBG法布里-珀罗腔透射谱的计算,可反映折射率分布初始相位参数对透射峰波长位置的影响,与Rouard 算法及实验值均有较好的一致性. 关键词： 光纤Bragg 光栅 法布里-珀罗腔 耦合模理论     

感应叠加过程行波分析和模拟

 采用变换矩阵为研究工具对感应叠加过程中行波的传播、透射、反射进行了分析，得到了和集中参数分析一致的稳定解，给出了电压随时间变化的细节。建立了3.5 MeV注入器脉冲功率源和感应叠加结构的电路模型，得到的感应腔压模拟波形和实验波形基本一致，结合行波分析法基本解释了腔压波形和Blumlein线输出波形之间较大差异的成因，阴极叠加电压的模拟也反映了实验中主脉冲后的反射波形。     

Enhancement non Classical Properties of a Pair of Qubit via Deformed Operators

The present paper is devoted to consider the problem of the interaction between a pair of entangled qubits and a multiphotons cavity mode. The deformed operators are involved in the Hamiltonian model which represents such system. The exact solution of the wave function is obtained and the density matrix is contracted. For two different types of Bell states, the purity as well as the fidelity of the system are investigated. In our computational program we have used different values of the photon numbers and the deformity parameter to investigate the robustness of these entangled states. It is shown that, for small values of the deformity parameter the purity and the fidelity of the travel state are improved. On the other hand, in the absence of the deformation parameter the number of photons inside the cavity improve the stability behavior for the purity and the fidelity.     

环形腔振动敏感度的研究

为了降低环形腔的环境振动敏感度,设计了一个四柱支撑环形腔。利用有限元数值模拟的方法,通过改变支柱的支撑位置和支柱直径,对环形腔进行数值模拟,得到了环形腔光程变化量随各参数变化的关系曲线。结果表明,通过选择适当的支撑位置和支柱直径,可以使得光程变化量趋近零,光程对振动不敏感。该方法对于高稳定环形腔的设计具有重要的指导意义。     

光纤光栅法布里-珀罗腔的V-I传输矩阵法研究

快速有效地获得多级联光纤光栅法布里-珀罗(F-P)腔的光谱特性,是优化设计基于上述结构建立的级联多波长激光器、放大器等各种光器件以及复杂分布式传感网络的重要基础和保障.将V-I传输矩阵法用于光纤光栅F-P腔反射光谱特性的分析,并建立了V-I传输矩阵模型.采用该模型对三种不同结构的光纤光栅F-P腔在不同参数下的光谱特性进行分析,并与传统多层膜法的分析结果相比较,表明V-I传输矩阵法能够在保证分析精度的前提下大大节省运算时间.实验结果表明,V-I传输矩阵法对光纤光栅F-P腔谱特性的分析结果比耦合模法更准确.     

An explicitly solvable case of the construction of the fundamental cavity mode in the form of a Gaussian beam with a complex astigmatism

An analysis is carried out of the ring cavities whose fundamental modes represent Gaussian beams with complex astigmatism. The analysis is made for the case where the block B or C in the cavity ray matrix ABCD of dimension 4×4 is a symmetric nondegenerate matrix. Explicit formulas are obtained, which permits the expression of beam characteristics directly in terms of the cavity ray matrix without the laborious process of finding its eigenvectors. The results obtained in the study can be used for controlling astigmatism in lasers and laser systems, the calculation of polarization of three-dimensional active media in linear and ring optical cavities of complex configuration, etc.