超导腔束管耦合器耦合度研究

 利用超导腔束管耦合器具有轴对称结构的特点,使用SUPERFISH程序对其耦合度进行了数值分析,给出了束管耦合器内导体位置与耦合度的关系曲线,并根据等效电路的分析结果,结合CAEP超导腔光阴极注入器的实验参数,给出了束管耦合器的设计参数。     

单模与多模光纤耦合器的光束合波

现有的光纤耦合器在作为分波器使用时具有较低的插入损耗,在作为合波器时插入损耗较大,为实现低损耗合波目的,提出一种由单模与多模光纤共同构成的混合型光纤耦合器。利用耦合波方程理论分析其工作原理,计算机模拟其耦合过程。采用熔锥法制作工艺,完成单模与多模光纤耦合器的制作,实验结果与理论模拟相吻合;该器件单模到多模光纤的耦合效率、多模到多模光纤的耦合效率均在90％以上,实现了两路光束的功率合波。作为低插入损耗合波器件可广泛应用于光通信以及双包层光纤激光器抽运光的注入。     

THz波段渐变波导中的多模传输特性

 根据耦合波理论,推导出轴对称渐变波导中, 考虑波导壁损耗时的多模传输时域耦合波方程组,并给出该方程组中各模式间耦合系数的具体表达式。据此编写了渐变波导中多模传输特性数值模拟程序。利用该程序计算了在THz波段圆波导中的模式衰减,在THz波段研究波导中的多模传输特性时,必须考虑波导壁的阻抗损耗影响。数值分析了直波导中的模式耦合问题,从而证实了波导壁有限电导率能产生模式耦合这一耦合机制。介绍了利用该程序数值分析波导耦合器和过渡器中多模传输特性的两个例子,利用该程序可对波导耦合器和过渡器中的多模传输特性进行数值模拟分析,进而对结构进行设计和优化。     

可调电子束注入器调配调谐结构的设计及分析

驻波谐振腔是基于直线加速器的束流注入器的基本构造元件,其大功率微波馈入一般选用矩形波导耦合器,但它会引起场不对称和谐振频率的漂移,也难以针对不同流强的束流灵活调节耦合度。建立了带有调配杆的耦合器的等效电路模型,在理论分析的基础上,给出了杆的最佳位置。此外,在耦合器的对称方向插入调谐杆用于补偿结构改变及加工安装等外部因素造成的频率漂移,并使用 CST MICROWAVE STUDIO 的三维电磁仿真给出了两个杆的尺寸和调整范围。联合调整的仿真结果表明,在谐振频率保持稳定的情况下,不同流强的束流均达到临界耦合状态,从而避免了耦合器失配引起的反射功率风险,并减少了由于较小耦合孔引起的场不对称。     

可调电子束注入器调配调谐结构的设计及分析（英文）

驻波谐振腔是基于直线加速器的束流注入器的基本构造元件，其大功率微波馈入一般选用矩形波导耦合器，但它会引起场不对称和谐振频率的漂移，也难以针对不同流强的束流灵活调节耦合度。建立了带有调配杆的耦合器的等效电路模型，在理论分析的基础上，给出了杆的最佳位置。此外，在耦合器的对称方向插入调谐杆用于补偿结构改变及加工安装等外部因素造成的频率漂移，并使用CST MICROWAVE STUDIO的三维电磁仿真给出了两个杆的尺寸和调整范围。联合调整的仿真结果表明，在谐振频率保持稳定的情况下，不同流强的束流均达到临界耦合状态，从而避免了耦合器失配引起的反射功率风险，并减少了由于较小耦合孔引起的场不对称。     

C-ADS注入器Ⅱ项目RFQ射频系统介绍（英）

C-ADS注入器Ⅱ的RFQ射频系统是该强流加速器的关键一环,它通过两台完全一样的耦合器为一台四边形四翼型RFQ提供和传送功率。该射频系统在设计之初就考虑为10 mA连续束流而进行特殊优化,从功率源、耦合器和功率传输系统几个方面对其进行详细介绍,尤其是针对CW模式下的系统稳定运行以及设备可靠性等方面进行的特殊考虑和模拟方法。该系统已经在2015年通过了10 mA连续束的测试,证实了该射频系统的设计和调试符合物理的实验需求。特别阐述了该系统中一种新的碗型陶瓷窗耦合器的设计思路和一种无环形器情况下的特殊的耦合系数调谐方法,同时推导了双端口耦合的计算方法的具体设置过程。     

基于SFRL的FWM型可调谐波长转换器啁啾特性分析

基于半导体光纤环形腔激光器的四波混频型可调谐全光波长转换器的宽带理论模型,从理论上研究了输入信号光功率、注入电流、两个耦合器的耦合比、激射光波长和半导体光放大器有源区长度对转换光频率啁啾的影响.结果表明:转换光的频率啁啾随着输入信号光峰值功率、注入电流以及SOA有源区长度的增大而增大,随两个耦合器耦合比的增大而减小.     

C-ADS注入器Ⅱ项目RFQ射频系统介绍（英文）

C-ADS注入器Ⅱ的RFQ射频系统是该强流加速器的关键一环,它通过两台完全一样的耦合器为一台四边形四翼型RFQ提供和传送功率。该射频系统在设计之初就考虑为10mA连续束流而进行特殊优化,从功率源、耦合器和功率传输系统几个方面对其进行详细介绍,尤其是针对CW模式下的系统稳定运行以及设备可靠性等方面进行的特殊考虑和模拟方法。该系统已经在2015年通过了10mA连续束的测试,证实了该射频系统的设计和调试符合物理的实验需求。特别阐述了该系统中一种新的碗型陶瓷窗耦合器的设计思路和一种无环形器情况下的特殊的耦合系数调谐方法,同时推导了双端口耦合的计算方法的具体设置过程。     

开关激励宽谱电磁脉冲谐振器频域响应特性

开关激励的同轴/4谐振器是产生宽谱高功率电磁脉冲的主要方式之一,采用冲击脉冲方法分析了带耦合器输出的宽带脉冲谐振器频域响应特性。首先推导了频域响应特性与耦合器耦合系数之间的关系,并得到了产生脉冲的带宽表达式,利用Taguchi算法优化设计了宽带耦合器,使其在200~500 MHz的耦合系数S21接近0.6,之后利用轴对称的柱坐标2D-FDTD对带耦合器的宽带脉冲谐振器工作过程进行了模拟,对于不同的谐振长度,可产生200~500 MHz中心频率的宽带脉冲,其频谱和带宽与理论结果吻合较好。     

分布式抽运连续光纤激光器研究

为了避免高功率光纤激光器中光纤端面出现热效应问题,依据多点级联结构的耦合器,对分布式抽运的光纤激光器进行了研究。首先,介绍了实验室自主研制的级联耦合器。然后,分析了耦合器插入对光纤激光器的影响。最后,选用自制的耦合器搭建了分布式抽运的光纤激光器。实验结果表明:对耦合器插入损耗的研究,能够促进高功率级联耦合器的实现。在光纤激光器结构中,975 nm泵浦功率注入1.1 k W时,1 080nm激光功率输出为770 W,光-光转换效率为77%。在主控振荡功率放大结构中,激光功率输出为635 W,放大级的光-光转换效率为78%。分布式抽运方式可以使泵浦光多点注入,避免了热量的集中,能够获得千瓦级的激光功率输出。     

三维射频加速腔程序包MAFIA的开发和应用

介绍了三维射频加速器计算机辅助设计(CAD)程序包MAFIA的特点、功能及其应用。用CAD的方法实现了射频加速器特别是非轴对称带耦合腔的加速器的三维腔形设计。同时介绍了节省内存、节约机时的模型方法,使得在中小型机器上运行大程序(八万条)成为可能。文章主要对L波段的加速腔进行了数值模拟,并和实验进行了比较,结果符合较好;通过三维数值模拟及图形模拟的方法比较了各种形状谐振腔的性能;计算分析了输入耦合腔及高阶模耦合器对加速腔电磁场分布等参量的影响;提出了加耦合器后谐振频率改变的补偿方法。     

Ka波段二次谐波回旋速调管放大器输入耦合器的分析与模拟

 对应用于Ka波段二次谐波回旋速调管放大器的一种输入耦合器进行了分析，并利用三维电磁模拟软件HFSS和ISFEL3D对其进行了模拟与设计。研究结果表明，该输入耦合器具有较高的能量耦合效率，并能在Ka波段获得高纯度的TE₀₂₁谐振模式。     

W波段回旋行波管输入输出段的改进设计

在回旋行波放大器的设计中,输入输出段的性能直接影响到整管输出功率、效率及增益。设计了一种采用渐变过渡段的输入耦合器来减少电子注在前端的截获,而且略微地提高了耦合特性,有效带宽达到4.06 GHz。采用二级切比雪夫渐变波导作为输出结构的耦合输出段,从仿真结果得到,在整个工作频段内,该结构中TE01工作模式的反射低于-20 dB,TE01模向杂模TE02和TE03的耦合分别在-20 dB和-30 dB以下。     

High power conditioning of the input coupler for BEPCⅡ superconducting cavity

High power conditioning of the input coupler for BEPCⅡ supercOnducting cavity has been performed.After room temperature conditioning,the RF power of 150 kW with continuous wave at standing wave mode passed through the coupler without any problem.Meanwhile,a series of methods have also been studied to improve the performance of the coupler during the beam operation.Up to now,the input coupler can feed a RF power up to 100 kW stably with high current of 250 mA at 2.5 GeV.     

一种耦合度可调节的微波脉冲压缩装置设计及实验

针对有源能量倍增器法(SLED)脉冲压缩实验中对储存能量阶段和释放能量阶段耦合度调节的需求,利用支臂短路波导H-T的调配功能,设计了一种耦合度可调节的SLED脉冲压缩装置。基于散射矩阵理论,分析了支臂短路波导H-T对SLED脉冲压缩装置耦合度的调节能力。利用大功率波导环形器代替3 dB耦合器,进行了基于单储能腔的无源SLED脉冲压缩实验,实验结果表明,支臂短路波导H-T对耦合度的调节能力与理论分析相吻合。     

HIRFL高频腔体功率耦合匹配实验研究

 介绍了HIRFL主加速器SSC高频腔体功率馈入耦合匹配系统的研究，实验结果表明，通过改变耦合环角度可更好地实现高频腔体和高频发射机之间的匹配，提高了高频腔体电压和高频发射机的工作效率。     

X波段高功率高增益多注相对论速调管放大器设计

针对器件工程应用中的高功率高增益需求,设计了工作在X波段的高功率高增益多注相对论速调管放大器,建立了带输入、输出波导结构的三维整管模型。设计双边对称耦合孔输入腔结构,降低了输入波导对输入腔间隙电场均匀性的影响以抑制非均匀干扰模式;设计采用多腔多间隙群聚结构,降低了输入微波功率的需求,提高了器件放大增益;并且分析设计了多间隙扩展互作用微波提取结构,提高了器件的功率转换效率以及降低输出结构表面电场强度。通过优化设计,粒子模拟仿真实现X波段多注相对论速调管放大器输出微波功率达到3.2 GW,器件放大增益约为60 dB,功率转换效率约为40%。器件验证实验在电子束电压550 kV,电流5.1 kA的情况下,输出功率为0.99 GW,放大增益约为53 dB,转换效率约为35%。     

W波段TE02模式回旋行波管带宽输入耦合器设计

输入耦合器是回旋行波管的重要组成部分之一,其作用是将矩形波导TE₁₀模式的信号,通过模式变换结构转换为回旋放大器件中的模式,输入耦合器性能的优劣直接影响了回旋管整管的带宽等性能。通过对W波段TE₀₂模式回旋行波管的输入耦合器进行理论分析,指出影响主模传输损耗的一个因素是杂模的崛起使主模的传输系数降低,利用仿真软件进行仿真,通过优化耦合孔的尺寸,抑制杂模的产生,将损耗从3.9 dB降低到了0.8 dB。根据优化尺寸加工,实际测试,得到3.0 dB带宽7.9 GHz的输入耦合器,与设计符合较好。     

TESLA式高阶模衰减器的改进与设计研究

为了消除超导加速腔中高阶模场对加速粒子的影响, 在DESY的高阶模耦合器结构的基础上本文提出了改进的耦合器. 用HFSS程序针对1.5cell腔设计优化了高阶模耦合器, 得到高阶模耦合器对几种主要模式的吸收. 研究结果表明, 采用新型结构后, 衰减器对主要有害模的衰减由－40dB提高到－15dB, 使原有高阶模衰减器的性能明显提高. 该高阶模衰减器也适用于国产2cell超导腔的使用.