离子通道电子束回旋脉塞的等离子体波效应

 研究了离子通道回旋电子束脉塞（ICECM）中的等离子体波非线性效应。利用流体理论与自洽非线性理论方法对ICECM中等离子体波效应的微观机理进行了分析。研究发现，等离子体波加强了电子束的纵向群聚，束-波互作用的能量交换效率及系统增益得到明显提高。数值模拟计算表明，对于中等等离子体密度、1.5kA电流和1MV加速电压的电子束，系统能够获得的脉冲功率和频率分别为200MW和280GHz的毫米波束。     

静电电子回旋脉塞与静电自由电子激光

笔者提出了静电电子回旋脉塞的概念,并在三位博士生的共同努力下,建立了静电电子回旋脉塞的线性及非线性理论。接着,笔者又提出利用静电回旋系统建立静电自由电子激光的概念(此种静电自由电子激光目前在国际上简称为Orbitron自由电子激光),随即又建立了这种自由电子激光的线性理论并进行了数值计算。 陈晓东、欧阳征标和硕士生徐晓曦在他们的学位论文中,完成了静电电子回旋脉塞机理的实验论证工作。实验结果和理论计算较好地相符。 上述一系列的工作均已得到国际的公认。本文就是这一系列工作的基本总结。     

三维电子回旋脉塞的数值模拟研究

为了打破二维模拟回旋脉塞的一些局限性,研究了电子回旋受激辐射的基本原理,使用唯象的描述方法,以统计物理学为基础,在电子回旋中心坐标系中完成了三维Yee网格模型中对电子注平衡态物理模型的数值建模,并结合PIC方法和FDTD算法进行电子回旋脉塞的数值模拟.为了减少计算时间,在模拟中加入了MPI并行算法,加速比能提高到2.7以上.最后以一个94 GHz的回旋振荡管为例,对它的整体结构进行了模拟,并通过对频谱,功率,工作模式等方面验证了模拟的正确性. 关键词： 电子回旋脉塞 Yee网格模型 PIC方法 FDTD算法     

同轴腔自由电子回旋脉塞的输出功率

 介绍了同轴腔自由电子回旋脉塞输出功率受电子束错位的影响,并就德国卡鲁斯研究中心(FZK)正在建造的波长为2mm、输出功率为1.5MW的同轴腔回旋脉塞,进行了数值计算分析。结果表明:电子束错位会使输出功率下降,但对工作模TE_82,16,1模的影响,比对竞争模TE_27,16,1模的影响更小。     

非简并双光子微脉塞的发射几率

将简并双光子微脉塞的量子理论推广到非简并情形, 给出了原子发射几率的解析表达式并且分析了相应的性质.发现由于在微脉塞中存在两种腔场模式,导致有两个自由度来改变原子在经过腔场时所受到的势场,因此非简并双光子微脉塞的发射几率的行为不同于简并双光子情况下的发射几率.     

THz回旋自谐振脉塞多模束波互作用非线性模拟

为了有效分析模式竞争,建立了回旋自谐振脉塞（CARM）多模束波互作用自洽非线性理论模型,并具体模拟研究了工作模式为TM51、频率为0.35 THz的高阶横磁模CARM中大轨道相对论电子束与多电磁模式的互作用过程。模拟结果表明:与回旋管不同,THz频段CARM可以有效工作于高阶TM模式,且具有较高的输出功率和增益;通过对工作参数的优化,可使工作模式的功率增长具有绝对优势,而竞争模式得到有效抑制;高阶TM模式THz频段CARM的性能对工作参数的变化十分敏感,在参数设计过程中必须对其进行多模束波互作用模拟分析。     

利用微脉塞重构腔场的Wigner函数

提出了重构腔场Wigner函数的一种新方案.该方案可以用微脉塞来实现.发现在腔场的Wigner函数与原子的布居数之间存在一个简单的关系.在实验上测得原子的布居数后，进行一个简单的数值积分，就可得到腔场的Wigner函数.以单光子Fock态和Schr?dinger猫态为例进行了数值模拟，发现与用精确公式计算的结果很好地相符. 关键词： 量子态重构 Wigner函数 微脉塞     

超冷V型三能级原子注入的微脉塞的光谱性质

建立了超冷V型三能级原子注入的微脉塞的量子理论。首先推导出腔场约化密度算符随时间演化的主方程，并由此出发着重研究了微脉塞腔场的光谱性质。结果表明，与用超冷二能级原子或用热的二能级和三能级原子注入的微脉塞的光谱相比，用超冷V型三能级原子注入的微脉塞具有新的光谱性质，对某些腔长，线宽可被突然加宽，腔场也发生大的频移，不同的原子相干性甚至可以使腔场频率发生方向相反的频移。另一方面，原子质心动量对光谱也有影响，表现在线宽和频移随质心动量减小而减小。     

外开槽同轴波导大轨道回旋自谐振脉塞放大器

 运用大轨道电子束,对外开槽同轴波导回旋自谐振放大器进行了线性动力学理论分析和非线性自洽模型模拟。由线性动力学理论分析和非线性模拟得到的结果在线性增长部分吻合得很好。为了有效抑制绝对不稳定性,对电子束流的选择进行了讨论。计算结果表明：对于电压为700 kV, 电流为100 A, 电子束纵横向速度比为0.8的大轨道电子束, TE₅₁外开槽同轴波导回旋自谐振脉塞放大器的峰值功率和峰值效率分别可以达到6.27 MW和8.96%。     

单原子脉塞和单原子激光——腔量子电动力学的实验平台

单原子脉塞和单原子激光是腔量子电动力学研究的重要实验平台。本文综述关于几类单原子脉塞和单原子激光的研究工作,包括德国Walther小组的单原子脉塞、超冷原子注入的单原子脉塞,法国Haroche小组的腔量子电动力学系统、注入原子的单原子激光、以及囚禁原子和囚禁离子的单原子激光。我们介绍相关的理论工作、实验系统、以及主要结果。     

薄环形等离子体介质切伦柯夫脉塞

 理论分析了无限大引导磁场情况下的薄环形等离子体介质切伦柯夫脉塞。得出了通入相对论电子注时行列式形式的热腔色散方程,并求出了波增长率。针对不同等离子体密度下,对色散方程以及波增长率进行数值计算和模拟验证。研究发现与电子注作用的主要模式为低频等离子体模式中的前两个模式,随着等离子体密度的升高,脉塞中心工作频率升高、增益变大、带宽明显变宽,由模拟结果可以看出:等离子体频率为4.5×10¹⁹ m^-3时对应着最大的输出功率为80 MW,效率为19.75%,频率为15.55 GHz,继续增大等离子体密度虽然可以使输出频率进一步提高,但是同时会使输出功率迅速下降。     

电子束电流对介质切伦科夫脉塞色散关系的影响

采用等离子体流体理论,从线性扰动方程出发,研究了电子束电流大小对介质切伦科夫脉塞中束波相互作用色散关系的影响,得到了当等离子体返回电流能有效中和与不能有效中和电子束电流两种情形下色散关系和波的增长率,并讨论了电子束电流对束波相互作用色散关系和波增长率的影响。研究表明,等离子体返回电流能有效中和与不能有效中和电子束电流两种情况下有着不同的色散关系和波的增长率。在波导参数和背景等离子体参数固定的情况下,电子束电流并不是越大越好,电子束电流过大不利于提高器件效率,它们之间存在最佳匹配关系。     

用于热核聚变加热的FEM

世界各国的实验室正在开展研究的频率为１００－３００ＧＨｚ的高功率自由电子脉塞（ＦＥＭ），主要用于托卡马克变等离子体的电子回旋共振加热，采用三维ＷＡＧＦＥＬ数值模拟程序，结合ＨＬ－２Ａ装置的要求，提出了一个平均输出功率为１ＭＷ，频率为８０ＧＨｚ的ＦＥＭ理论方案，此方案对今后ＨＬ－２Ａ装置ＦＥＭ的设计论证是有参考价值的。     

同轴回旋自谐振脉塞放大器的线性分析

 从同轴回旋自谐振脉塞(CARM)放大器的回旋动力学理论入手，详细分析了各参量对同轴CARM放大器的线性增益的影响。通过数值模拟，发现该器件的线性增益对及对同轴波导的外半径、电子导引中心半径以及加速电压的变化非常敏感，而随波导内半径的变化不敏感。经优化，当外半径为3.805 cm，导引中心半径为1.309 cm，内半径为1.039 cm，加速电压为54.9 kV时，器件的线性增益最高为294.96 dB/m。     

具有原子相干性的超冷V型三能级原子注入的双模微脉塞的透射几率

建立了超冷V型三能级原子注入的双模微脉塞的透射几率的量子理论，研究了原子相干性对透射几率的影响。发现原子的透射几率随原子质心动量的变化曲线中存在着共振峰和非共振平台。给定腔长，通过调节原子相干参量和原子的二个跃迁通道的耦合强度，可以改变这些共振峰和非共振平台的性质。     

微脉塞研究进展

O431 2004064016 微脉塞研究进展=Advances in micromaser studies[刊,中]/张智明(上海交通大学物理系.上海(200240))∥量子电子学报.—2004.21(2).—224-235 综述了微脉塞的研究进展,着重介绍了超冷原子注     

一种矩形截面切伦柯夫脉塞金属周期慢波结构的分析方法

 分析了矩形截面切伦柯夫脉塞周期金属慢波结构的色散特性,以及结构参数的变化对色散曲线的影响。为避免慢波结构两端突变引起的反射振荡,采用等效电路法分析了用于连接光滑波导和慢波结构的渐变段。将线性形、两段形和指数形的渐变段进行了比较。指数形渐变段末端的功率反射系数最小, 并且整体的变化最平缓, 因此可将其作为实现慢波与快波间转换的较优选择。分析了频率和实际加工误差对指数形渐变段功率反射系数的影响:在频率较小时,功率反射系数也较小;固定频率下,较小的加工误差能使交界处功率反射系数的变化较平缓。在此基础上设计了一个功率反射系数小于0.01的指数渐变段,实现了工作模式和快波模式之间的良好匹配。与耦合模理论分析方法相比,等效电路方法更为简洁,二者结果相符合。     

介质加载的矩形截面Cerenkov脉塞中带状电子注与慢波结构互作用的研究

本文建立了介质加载的矩形截面Cerenkov脉塞中带状电子注与慢波结构互作用的三维物理模型. 采用Borgnis函数法和场匹配法求解了多层介质中场的匹配问题, 获得了注波互作用结构的混合模热色散方程(含电子注)及其近似解. 通过数值计算, 分析了热态下介质层厚度、电子注电压、电流密度、电子注厚度及电子注与 介质层间隙距离等主要结构和电参数对注波互作用增长率的影响.     

束-离子通道电磁模式的边界效应分析

考虑束-离子通道边界上等离子体电子可能发生的扰动，导出了TM模本征方程的理论式.通过对理论结果的数值模拟计算，在阶跃边界情况下将束-离子通道与一般介质波导的电磁关系进行了比较，发现束-离子通道可以通过改变等离子体频率来控制其工作模式.分析对照扰动电荷边界与阶跃边界对束-离子通道电磁模式的影响，观察到在扰动电荷边界情况下，束-离子通道在低频区域(ω＜ω_p,ω_p为等离子体频率)内截止频率显著提高，并在高频区域(ω>ω_p)内出现了新的电磁模式.研究结果对离子通道激光(ICL)和离子通道电子回旋脉塞(ICECM)的设计提供重要的理论依据. 关键词： 束-离子通道 阶跃边界 扰动电荷边界 电磁模式     

一种新的永久周期磁铁聚焦的高功率宽带放大器

提出了一种新的高功率宽带放大器，它由速调管和自由电子脉塞组成，用永久周期磁铁聚焦。研究了这种器件的电子束聚焦、群聚和辐射。在速调管提供一阶调制系数为30%，波导管的半径1.51cm，摇摆器的磁场振幅0.16T，周期7.92cm，电子束的电压490kV，电流50A和半径0.368cm的条件下，预估这种器件的辐射波频率为11.4GHz，输出辐射功率为18MW，输出辐射带宽为44%。