激光二极管抽运的高重频高平均功率Nd:YAG激光器

搭建了一台高重复频率、高峰值功率、高平均功率的激光器. 激光器主要包括三部分: 单纵模光纤种子源、激光二极管阵列抽运的Nd:YAG再生放大器和四程放大器. 系统获得了平均功率11 W、重复频率100 Hz、脉冲能量112 mJ、脉宽500 ps–2 ns可调的激光输出, 工作波长1064 nm. 输出光束口径6.8 mm, 1.5倍衍射极限, 近场光强近平顶分布, 能量稳定性为0.72%. 关键词： 激光二极管抽运 高重复频率 高峰值功率 高平均功率     

3mm回旋行波管微波等离子体化学气相沉积金刚石输出窗

为了解决目前3mm回旋行波管所使用的蓝宝石输出窗因功率容量不足而发生破裂的问题。从抗热震性和功率容量两个方面出发,对常用的几种窗片材料进行了对比。在国内首次以微波等离子体化学气相沉积金刚石为窗片材料,利用数值计算及ANSYS软件仿真设计了用于3mm回旋行波管的低反射,低吸收,宽带宽,高功率容量的输出窗。结果表明,所设计的输出窗适用于TE01模式输出,其S11参数小于-20dB的带宽为6GHz。同时,该输出窗具有良好的抗热震性,在自然对流散热条件下具有61kW的功率容量。     

300W线偏振飞秒全光纤啁啾脉冲放大系统北大核心CSCD

报道了高平均功率的线偏振啁啾脉冲放大系统。该系统包括全光纤结构的多级放大器以及透射光栅脉冲压缩器。压缩前,实现了近衍射极限光束输出,平均功率425 W,光光效率81%,消光比约13dB;压缩后,获得了平均功率300 W、脉宽315fs、峰值功率12 MW的激光脉冲,为目前报道的最高平均功率的线偏振光纤啁啾脉冲放大系统。     

腔模可调的高平均功率飞秒激光再生放大器

介绍了一种腔模可调的高平均功率飞秒激光再生放大器.通过调节再生腔内模式大小补偿热透镜效应,从而获得高效率、高平均功率的激光放大.利用该再生放大结构,在1 kHz重复频率、20 W功率抽运下,获得了平均功率为6.5 W的放大光输出,压缩后的功率为4.8 W、脉冲宽度为35 fs.腔型计算和实验结果均表明该腔型结构能很好地用于高平均功率飞秒激光放大,是进一步进行后续放大的理想前端.     

高功率微波馈源输出窗的研究

 结合物理光学和几何光学，讨论了高功率微波馈源真空输出窗的形状和厚度的设计方法，给出了一个X波段、脉冲功率容量1.5 GW、外径548 mm、高83.4 mm、厚33.4 mm的高斯馈源聚四氟乙烯碟形真空输出窗的设计实例。在中心频率9.3 GHz时测试输出窗的驻波系数为1.07,驻波系数小于1.24的频带为9%,带介质窗的馈源方向图与不带介质窗的馈源方向图基本一致。应用一维传热学理论对介质窗内部的温度分布进行了分析。冷测结果与理论结果基本一致。     

用于光阴极的光纤激光研制实验

为获得高亮度低发射度的电子束,研制高重复频率高平均功率的光阴极驱动激光系统非常关键。利用光纤激光技术,设计了100 MHz和1.3GHz的激光系统。激光系统为全光纤结构,采用了掺镱光子晶体光纤作为放大器增益介质。在初步验证实验中,红外激光输出27 W,倍频后绿光达到6 W。     

X波段新型低阻抗高功率微波源的模拟研究

提出了一种新型低阻抗高功率微波源,能在单个器件内产生两束锁相的相干高功率微波,对两束相干微波进行功率合成有望在单个高功率微波器件中实现更高的功率输出.粒子模拟结果显示,在电压687 k V、磁场0.8 T时,该微波源整体阻抗36?,两束微波的频率都为9.72 GHz,输出功率分别为1.20 GW和2.58 GW,功率效率分别为28%和30%;两束输出微波之间频率抖动小于±3 MHz,相位差抖动小于±3?.     

KGW晶体外腔式高功率579nm喇曼黄光激光器

报道了579nm高功率KGd(WO4)2喇曼晶体外腔式喇曼黄光激光器的输出特性.基于808nm脉冲激光二极管侧面泵浦Nd∶YAG陶瓷、腔内BBO电光晶体同步延迟调Q和Ⅰ类临界相位匹配的LBO晶体腔外倍频方案,并通过外腔式KGW晶体Ng轴二阶斯托克斯喇曼频移,获得了579.54nm黄光激光输出.当脉冲信号重复频率为1kHz、532nm泵浦光最高平均功率为5.02W、脉冲宽度为10.1ns时,获得了最高平均功率2.58 W、脉冲宽度7.4ns、峰值功率348.6kW的579.54nm二阶斯托克斯喇曼黄光激光输出;532nm至579.54nm的光-光转化效率为51.4%、斜率效率为54.8%,光束质量因子Mx2-579.54=5.829、My2-579.54=6.336,输出功率不稳定性小于±2.35%.实验表明:外腔式喇曼结构能够高效地获得喇曼黄光,具有很高的光-光转化效率及良好的功率稳定性,并通过脉冲LD结合同步延迟电光调Q可获得高重复频率、高平均功率、窄脉冲宽度和高峰值功率的黄光激光输出.     

基于离轴高增益速调管的X波段高功率合成技术研究

为了克服强流高增益速调管放大器中的自激振荡和适应低阻抗脉冲功率源发展的需要,利用高阻抗X波段五腔高增益速调管放大器进行了离轴八注八管高增益速调管功率合成技术研究,在频率为9.47 GHz、模拟输出功率为284 MW、增益为51.6 d B和效率为35.5%条件下,该器件整管微波输出稳定.在三维模型中,在离轴54 mm条件下该器件的微波输出特性稳定.基于实验室现有4.5 T(长1.1 m,室温孔径为150 mm)超导磁体,进行了八注八管高增益速调管的整管模拟,每个器件实现284 MW的微波输出.最后,为实现GW级功率输出,利用HFSS软件设计了用于离轴八注八管高增益速调管功率合成的八合一功率合成器,将该合成器同八注八管高增益速调管结合,模拟得到功率为1.84 GW、增益为50.7 d B、效率为28.8%的微波输出.     

高增益相对论速调管放大器相位特性的模拟与实验研究

为实现高功率微波的相干功率合成, 开展了S波段高增益相对论速调管放大器输出微波相位特性的粒子模拟和实验研究, 粒子模拟与实验结果均表明电子回流是影响输出微波相位特性的主要因素. 在有效控制电子回流的情况下, 实验实现输出微波相位抖动小于± 10°, 锁相时间达90 ns. 以此计算, 若相位抖动在± 10° 内满足均匀分布, 十台该高增益相对论速调管放大器的功率合成效率将大于99%.     

Q波段回旋行波管新型盒型输出窗的设计

利用等效电路理论,初步设计了窗片厚度为1.32mm的回旋行波管盒型输出窗,再加入感性膜片,更改窗片形状,最终设计出了能承受25kW平均功率、相对带宽达到14%、窗片厚度达到1.7mm的Q波段新型宽频带回旋行波管盒型输出窗;采用高频软件HFSS与有限元分析软件ANSYS协同仿真的新方法对回旋行波管盒型窗进行热特性研究表明,盒型窗理论上功率容量达到62kW平均功率,说明输出窗窗片承受25kW平均功率的可行性,窗片中心与边缘的温差为66℃,没有达到陶瓷窗片的临界温差158℃,验证了新型盒型窗设计的合理性。     

8 mm二次谐波回旋速调管谐振腔设计研究

 结合回旋速调管研究的相关理论,考虑到高次谐波工作时带来的模式竞争,以及注-波互作用的耦合关系,讨论了在半径、腔长、杂模抑制以及腔内媒质涂层的介电参量等诸多因数影响的情况下,如何设计二次谐波回旋速调管谐振腔的问题。结合设计方法建模,优化设计出了5个适于8 mm二次谐波工作的谐振腔,通过漂移段连接成两种高频结构,其中一种结构在注-波互作用非线性模拟中取得了251 kW的输出功率,电子效率 23.9%,增益 27.2 dB,3 dB带宽大于0.4%;另一种结构初步取得了246 kW的输出功率,其它参数正在测试之中。     

Kα波段TE01模基波回旋速调放大器的设计与实验

在回旋速调放大器自洽非线性大信号理论分析和数值计算的基础上,给出了一支Kα波段TE₀₁模4腔基波回旋速调放大器的设计方案,并完成了样管的研制.同时对样管进行了热测实验,得到了如下实验结果:注电压为70 kV,电流为10 A,输入功率为60 W,磁场强度1.31 T,中心频率34 GHz,峰值功率245 kW,平均功率大于3 kW,增益36.1 dB,效率 35%,3 dB带宽大于280 MHz. 关键词： 回旋速调放大器 注-波互作用 群聚腔 输入腔     

回旋速调管放大器注-波互作用分析

 给出了自洽非线性大信号理论分析方法,在理论分析和高频计算的基础上,建立了回旋速调管放大器注-波互作用计算模型,对其进行数值计算。研究多种参量对放大器输出功率、增益、效率等的影响,通过优化得到了中心频率34 GHz的四腔回旋速调管放大器设计方案。粒子模拟表明：在工作电压65 kV,注电流8 A,电子注横向与纵向速度比为1.5时,输出功率230 kW,带宽230 MHz,电子效率45%,饱和增益33 dB。     

Experimental studies of a gyroklystron operating in the field of a permanent magnet

We have developed and tested a gyroklystron operating with the second harmonic of the electron cyclotron frequency at a frequency of 32.3 GHz in the field of a permanent magnet. In the two-and three-cavity versions of the gyroklystron, the peak power of the output radiation reached 320 kW with an efficiency of 30%, an amplification coefficient of 20–25 dB, and an operating frequency bandwidth of 0.05%. In the wide-band version of the gyroklystron, the amplification bandwidth was equal to 0.27% for an output power of 200 kW and an amplification coefficient of 13 dB.     

回旋速调管注-波互作用非线性理论研究

 利用自洽非线性理论对回旋速调管放大器中的电子注-波互作用进行了时域瞬态分析,建立了多腔回旋速调管非线性理论,给出了相应的电子运动方程和复数形式的互作用瞬态场方程。给出并分析了一支工作在TE01模Ka波段四腔回旋速调管注-波互作用的数值计算结果,当电子注电压为72.8 kV,电流为11.8 A,速度零散为5%时,可以得到335 kW的最大饱和功率输出,39.6%的电子效率及320 MHz的饱和带宽,与实验值相比较,二者较为吻合。     

激光窗口形状对应力和光束位相影响的数值计算

 计算对流冷却下500kW DF激光器CaF₂输出窗口的温升,得到了平板形和球壳形输出窗口的应力分布和光束的位相分布;分析了窗口形状对应力和位相分布的影响。     

Preliminary Design of a Ka-Band Second Harmonic Gyroklystron Amplifier

The preliminary design of a Ka-band, second harmonic, three cavities gyroklystron amplifier is presented. The beam-wave interaction in the second harmonic gyroklystron amplifier is studied by using a particle-in-cell code, and the validity of the design of the microwave circuit is also discussed. The results show that this gyroklystron can produce an output peak power of over 200kW with 20dB gain and 20% maximum efficiency at 35GHz.     

Analysis and Numerical Calculations of the Beam-Wave Interaction for Gyroklystron Amplifiers

A four-cavity gyroklystron was designed and optimized after analysis and calculation of RF system and magnetron injection gun, numerical simulations showed that the TE₀₁₁ mode gyroklystron achieved 280kW peak output power, 38% efficiency, 35dB saturated gain with 250Mhz bandwidth centered at 34GHz for a 68 kV, 11A electron beam. The numerical simulation results were used to build a Ka band high power gyroklystron amplifier. In this paper, analysis and numerical calculation results of the beam-wave interaction are presented. The influences of electron beam, RF system parameters, magnetic field, and input RF signal on output power, efficiency, bandwidth and gain are discussed.