全光增益控制高功率光纤放大器

采用一种简单的双光栅级联结构,通过不同波长的两束控制激光进行增益控制;同时采用两级放大结构,实现全光增益控制光纤放大器高增益和高功率输出。当可调光衰减器功率衰减量分别为33.2dB和3.8dB,输入光功率在-5.1dBm～2.0dBm范围变化时,增益控制光纤放大器的最大输出功率为1.55 W,平均增益和噪声系数分别约为30.3dB和6.4dB,增益漂移小于0.27dB。同时,改变环形腔损耗得到不同的增益,在增益漂移允许范围内(小于0.3dB),增益钳制范围为24.5dB～31.3dB。另外,在双信道情况下,当剩余信道功率为0.74mW和1.57mW时,其增益漂移范围分别小于0.08dB和0.16dB。     

光子晶体光纤放大器增益特性的实验研究

 采用掺Yb³⁺双包层光子晶体光纤作为放大器的增益介质,在双端泵浦方式下,理论并实验研究了不同信号光时放大器的增益特性。在双端泵浦方式下,泵浦总功率为150.2 W、信号光功率为6 W时,获得了72 W的功率输出,斜率效率达到了60%。实验发现当泵浦总功率超过一定值时,由光纤端面反射形成的振荡腔引起放大器寄生振荡,并由于各种非线性效应出现了自脉动现象,影响了输出功率的进一步提高。     

结构参数对折叠波导行波管工作性能的影响

分析和计算了互作用区折叠波导截面长宽比(b/a)、直边高度和电子束通道大小等结构参数对太赫兹波段折叠波导行波管工作性能的影响。结果表明:互作用区衰减常数随b/a的增大而减小, 耦合阻抗和小信号增益则随b/a的增大先增加而后减小, 存在最优值。电子束通道越大, 衰减常数越大, 耦合阻抗和小信号增益降低得越多。相对于电子束通道, 增益和损耗对直边高度的敏感程度显著降低。因此为了提高器件功率容量, 可适当增加折叠波导的高度;在保证电子束能够顺利传输的前提下, 电子束通道越小越好。在折叠波导行波管的实际研制中, 可依据具体的实验条件和要求, 在适当的范围内合理选取互作用区各结构参数的值。     

分布式反向抽运光纤拉曼放大器的功率转换效率分析

为了对反向抽运光纤拉曼放大器的功率转换效率进行研究,由耦合方程出发,采用龙格库塔算法和打靶法相结合的数值模拟方法,详细分析所有物理因素对反向抽运光纤拉曼放大器功率转换效率的影响。结果表明:功率转换效率先随着光纤长度增加而增加,当增加到最大值时保持数值不变;功率转换效率随着初始信号光功率、光纤拉曼增益系数、信号光损耗系数增加而增加,随着光纤有效面积、抽运光损耗系数、抽运光与信号光的频率比增加而减小;功率转换效率和初始抽运光功率呈抛物线曲线关系。所得结论对反向抽运光纤拉曼放大器功率转换效率的进一步研究以及光纤拉曼放大器的其他相关研究有重要参考意义。     

光参量啁啾脉冲饱和放大的增益稳定性

 光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）在饱和放大区存在一个增益稳定点，据此设计了一个输出稳定的三级OPCPA系统；第一、二、三级分别选用准相位匹配的周期极化钛氧磷酸钾（PPKTP）晶体、LBO晶体和KDP晶体作为增益介质。饱和放大时，增益随泵浦光强度变化时的增益输出稳定性明显改善，在泵浦光强度抖动低于6%的情况下，各级光参量放大器OPA输出的增益抖动小于1%。前级采用准相位匹配的PPKTP晶体作为增益介质，在远低于破坏阈值的30MW/cm²的泵浦功率密度下，可得到2×10⁵的饱和放大增益和20%的能量转换效率。     

双向抽运拉曼光纤放大器性能的研究

对双向抽运拉曼光纤放大器(RFA)的噪声特性、增益饱和及抽运功率转换效率进行了详细研究。结果表明,双向抽运拉曼光纤放大器的噪声特性介于前向抽运与后向抽运之间,但主要取决于前向抽运方式所导致的噪声特性;双向抽运方式的饱和功率低于单向抽运方式的饱和功率,同前向抽运与后向抽运提供的增益比例有关;双向抽运方式的抽运功率转换效率同信号光功率及前、后向抽运提供的增益有关,当信号光功率较低时,增加前向抽运的比例可取得较高的抽运功率转换效率,而信号光功率较高时,增加后向抽运的比例可取得较高的抽运功率转换效率。研究一种配置(情况3)的双向抽运拉曼光纤放大器,可以完全补偿100km传输线路的损耗(包括无源器件的损耗),最低光信噪比为30．21dB。     

新型阵列式片状放大器全口径增益实验研究

 利用行波法对一台闪光灯泵浦、通光口径为29cm×29cm的新型高功率固体激光阵列式片状放大器的全口径平均增益进行了实验测试，在充电电压为23kV、泵浦能密度为10J/cm³的条件下，新型4×2×3阵列式片状放大器端部模块全口径平均增益为4.925%cm^-1，内部模块全口径平均增益为5.519%cm^-1。     

包含两个半导体光放大器的锁模光纤环形激光器数值研究

采用自再现理论,对一种包含两个半导体光放大器的锁模光纤环形激光器进行了数值研究.研究结果表明：为了提高谐波锁模输出脉冲的质量,调制半导体光放大器应当保持高直流偏置,对自发辐射信号进行调制并提供锁模脉冲克服腔损耗所需的增益,而此时的增益半导体光放大器则被低直流偏置充当增益补偿器维持较窄的净增益窗口;与之相反,为了获得振幅均衡的有理数谐波锁模输出脉冲,调制半导体光放大器则应当偏置在较低的电流上,而增益半导体光放大器应当保持较高的偏置电流以提供足够的常量增益克服腔损耗.此外,还必须提高注入光信号的峰值功率.     

高浓度镱铒共掺磷酸盐光纤放大器增益特性

在忽略高能级的自发辐射和光纤损耗的情况下，利用速率方程和传输方程理论研究了高浓度Er³⁺/Yb³⁺共掺磷酸盐玻璃光纤放大器的增益特性，讨论了Er³⁺浓度、Yb³⁺浓度、抽运光功率、信号光功率、光纤长度对放大器增益的影响，并与单掺铒光纤放大器进行了比较.由于Yb³⁺的敏化作用降低了铒离子的团簇效应，减少了离子间相互作用，共掺光纤的增益和效率明显高于单掺光纤.数值计算表明，3.2cm长Er³⁺/Yb³⁺共掺光纤在980nm的20dBm(100mW)抽运功率下，1532nm处的增益可达10dB. 关键词： 镱铒共掺光纤放大器 速率方程 传输方程 高浓度     

双波长数据包并行缓存

以半导体光放大器为非线性元件的双环耦合全光缓存器(DLOB)为基础,实现了速率为2.5 Gb/s双波长数据的并行缓存.不同波长光信号合成后的功率随机波动,导致由半导体光放大器交叉相位调制产生的相位差随机波动.在考虑吸收损耗的情况下,对常用的半导体光放大器增益特性曲线进行了修正并与实测值拟合,得到了更为准确的增益特性曲线.在此基础上进行了理论分析,提出了通过调节控制光功率到最佳点以便减小相位差波动的方法.     

Nonlinear Analysis of Coaxial Gyro-Travelling-Wave-Tube Amplifier

A set of nonlinear self-consistent equations in the electron guiding center coordinates is derived for the study of the behavior of the coaxial gyro-travelling-wave-tube (gyro-TWT) amplifier. It is found that the input signal grows faster and gets saturated earlier with the increasing of b/a (ratio of the inner to outer radius). Using an electron beam of 90kV, 10A and velocity ratio of 1.0 with 3% axial velocity spread, 275kW peak output power is obtained by calculation over the frequency range of 31.22–33.52GHz, the gain, efficiency and bandwidth are 47.4dB, 30.5% and 7.5%, respectively.     

W波段同轴静磁波荡器自由电子激光优化设计

基于同轴静磁波荡器的自由电子激光主要利用环形电子束与同轴TE模式的相互作用产生电磁辐射,是一种重要的毫米波辐射源。分析了同轴结构作用区内外半径、工作模式、电子束电压、波荡器周期等参数对辐射频率的影响规律,研究了电子束平均半径的选取原则和束波互作用腔的设计方法,设计了辐射频率在W波段的基于同轴静磁波荡器的自由电子激光,并进行了粒子模拟,在电子束电压为720 kV,电子束流为1 kA的情况下,获得了频率107 GHz、辐射功率35 MW的TE01模,束波转换效率为4.9%,束波作用腔总长度小于200 mm,同轴静磁波荡器的磁场幅度0.34 T。     

0.14 THz双环超材料慢波结构表面波振荡器数值研究

本文研究了一种太赫兹波段双环超材料慢波结构, 并具有同轴引出结构的相对论过模表面波振荡器. 设计了超材料同轴过模慢波结构; 通过色散特性, 进行了模式选择和过模结构电子束电参数和几何参数的设计; 根据超材料同轴慢波结构的特点, 设计了具有同轴引出结构的末端同轴输出段. 粒子模拟结果表明, 在电子束电压为600 kV和电流为1.0 kA, 引导磁场为2.0 T 时, 同轴超材料慢波结构过模表面波振荡器输出稳定单频的0.141 THz电磁波, 峰值功率为316.8 MW.     

全三维110GHz和220GHz同轴腔双注回旋管数值模拟研究

为了打破传统单注回旋管只能产生较低功率的局限性, 本文基于自主研发的PIC粒子模拟软件CHIPIC 对110 GHz和220 GHz同轴腔双注回旋管进行全三维数值模拟研究. 在理论分析同轴双电子注电子枪设计模型和初始参数的基础上通过CHIPIC对其进行优化设计, 得到了具有横纵速度比为1.0, 最大速度零散约为5.4%的高性能电子束; 并将此优化后的双阳极双注电子枪取代传统回旋管数值模拟时采用的回旋 发射进行110 GHz和220 GHz双注回旋管整管的数值模拟, 并采用MPI四进程并行计算, 最终获得了具有双频分别为110 GHz和220 GHz、模式为TE₀₂模、平均输出功率约在70 kW、 效率达到8.75%的高性能双注回旋振荡管. 关键词： 同轴腔双注回旋管 同轴双电子注电子枪 横纵速度比 速度零散     

Results from an X-band coaxial extended length cavity

Experiments and simulations demonstrate high-power microwave generation at 9 GHz in a coaxial geometry. The 9 cm diameter annular electron beam is propagated between inner and outer drift tube conductors, a configuration which increases the beam current and reduces the structure fields from existing high-power sources, Since the TEM mode of the coaxial guide reduces the quality factor of small-gap cavities, especially at high frequency, the interaction is provided by an extended length cavity loaded with dielectric. A single 16 cm cavity generates 200 MW of power from the 400 keV, 7 kA electron beam. Although the cavity can oscillate at a number of resonances, a single mode is selected with 10-30 kW of input power from a magnetron. A coupler samples 25 MW of the power from the interaction region, precisely measured using a single-shot calorimeter. Simulations indicate that the efficiency of the device is limited to 7% by saturation effects, and can be improved by reducing the length of the cavity     

低频段紧凑型同轴相对论返波振荡器

基于P波段新型三周期慢波结构同轴相对论返波振荡器设计思想,设计了一个L波段同轴相对论返波振荡器。粒子模拟表明,在二极管电压591 kV、电流8.2 kA、导引磁场0.8 T时,获得了1.50 GW的微波输出,频率为1.64 GHz,效率达31%,器件慢波结构尺寸仅为f96 mm207 mm。分析了该器件实际高频结构的电动力学特性,重点研究了纵向谐振模式、品质因数等特点,并结合P波段的研究结果,得到了该类器件的相关设计指标:慢波结构长度约为一个波长,波纹周期约5/13波长,外波纹深度约1/10波长,内波纹深度约1/30波长,电子束半径约0.7倍外波纹平均半径,器件的纵向工作模式为0.8模,对应的Q值约16。     

Ultrawide-bandwidth gain in a coaxial dielectric Cherenkov maser

A coaxial waveguide partially filled with a dielectric as the slow-wave structure of a dielectric Cherenkov maser is investigated. The dispersion of the fundamental mode of this waveguide is very weak at phase velocities close to the velocity of light, and for this reason a very wide gain bandwidth is possible under conditions of an interaction with a relativistic electron beam. The dispersion equation for an infinitely thin tubular beam in a coaxial waveguide with a dielectric liner adjoining either the outer or inner conducting surface is derived. The gain bandwidth as a function of the parameters of the electron beam and the slow-wave system are investigated on the basis of numerical solution of the dispersion equation, and a comparison with similar dependences for the conventional configuration of a dielectric Cherenkov maser is made. The structural features of the coaxial configuration which enable novel approaches to the problems of matching the microwave signal at the entrance and exit of the system are discussed. Zh. Tekh. Fiz. 67, 66–72 (May 1997)     

介质窗横向电磁场分布下的次级电子倍增效应

本文利用自编P3D3V PIC程序, 数值研究了BJ32矩波导传输TE₁₀模式高功率微波在介质窗内、 外表面引发的次级电子倍增过程, 给出了次级电子3维空间位置分布特征、介质窗表面法向静电场分布规律以及电子数密度分布特性. 模拟结果表明: 对于介质窗内侧, 微波强场区域率先进入次级电子倍增过程; 而对于介质窗外侧, 则是微波弱场区域优先进入次级电子倍增过程. 形成机理可以解释为: 微波坡印廷矢量方向与介质窗外表面法向相同而与内表面法向相反, 内侧漂移运动导致强场区域电子易于被推回表面, 有利于次级电子倍增优先形成; 外侧漂移运动导致强场区域电子易于被推离表面, 不利于次级电子倍增形成. 准3维模型相对1维模型: 介质窗内侧次级电子倍增过程中, 次级电子倍增进入饱和时间长、饱和次级电子数目少、平均电子能量高、 入射微波功率低、沉积功率低; 介质窗外侧次级电子倍增过程中, 次级电子倍增进入饱和时间短、饱和次级电子数目少、平均电子能量低、 入射微波功率低、沉积功率低. 沉积功率与入射微波功率比值与微波模式、强度及介质窗内外侧表面关系不大, 准3维和1维模型计算结果均在1%–2%左右水平. 关键词： 高功率微波 介质表面次级电子倍增 粒子模拟 横向电磁场分布     

一种新型高功率微波相移器

 研究了一种新型高功率微波相移器同轴插板式相移器,其设计思想为：在同轴波导内插入金属导体板,将同轴波导分为几个扇形截面波导,由于扇形截面波导中传输的TE₁₁模相速度与同轴TEM模的相速度不同,通过改变插入金属板的长度就可以实现相移的调节。设计了中心频率为4 GHz的同轴插板式相移器,并进行了数值模拟验证。结果表明：当相移器同轴波导内半径为2.0 cm,外半径为4.5 cm,相移器总长度为50 cm时,可实现的最大相移量为360°,在3.9~4.1 GHz频率范围内相移器的插入损耗低于0.1 dB。     

Characteristics and structure of inverse flames of natural gas

Characteristics and structure of nominally non-premixed flames of natural gas are investigated using a burner that employs simultaneously two distinct features: fuel and oxidiser direct injection, and inverse fuel and oxidiser delivery. At low exit velocities, the result is an inverse diffusion flame that has been noted in the past for its low NO_x emissions, soot luminosity, and narrow stability limits. The present study aimed at extending the burner operating range, and it demonstrated that the inverse flame exhibits a varying degree of partial premixing dependent on the discharge nozzle conditions and the ratio of inner air jet and outer fuel jet velocities. These two variables affect the flame length, temperature distributions, and stability limits. Temperature measurements and Schlieren visualisation show areas of enhanced turbulent mixing in the shear region and the presence of a well-mixed reaction zone on the flame centreline. This reaction zone is enveloped by an outer diffusion flame, yielding a unique double-flame structure. As the fuel–air equivalence ratio is decreasing with an increase in the inner jet velocity, the well-mixed reaction zone extends considerably. These findings suggest a method for establishing a flame of uniform high temperature by optimising the coaxial nozzle geometry and flow conditions. The normalised flame length is decreasing exponentially with the air/fuel velocity ratio. Measurements demonstrate that the inverse flame stability limits change qualitatively with varying degree of partial premixing. At the low premixing level, the flame blow-out is a function of the inner and outer jet velocities and the nozzle conditions. The flame blow-out at high degree of partial premixing occurs abruptly at a single value of the inner air jet velocity, regardless of the fuel jet velocity and almost independent of the discharge nozzle conditions.