170GHz兆瓦级同轴回旋振荡管的分析计算

回旋管是最有希望应用于正在实施的国际热核实验反应堆计划的微波源器件,然而研究设计符合要求的回旋管还存在很多困难需要解决.对170 GHz兆瓦级光滑同轴回旋管的注-波互作用进行了研究.选取模式谱相对稀疏的TE31,12作为工作模式,利用Matlab编制源程序,计算了同轴回旋管的注-波耦合系数、起振电流.在考虑电子速度零散、腔壁电阻率和单模近似的基础上,对光滑同轴谐振腔的优化设计和注-波互作用进行了仿真,给出了磁场、电压、电流和内导体倾角等参量与回旋管效率的关系.结果表明,电压和磁场对回旋管效率影响较大,电子速度零散对回旋管效率影响较小,因而可降低电子枪的设计要求.此外,优化内导体倾角和同轴谐振腔结构参数可提高注-波互作用效率,降低电子速度零散对互作用效率的影响,获得了约50%的电子效率及1.7 MW输出功率.     

具有时滞反馈的非对称双稳系统中的振动共振研究

研究了具有时滞反馈的非对称双稳系统中的振动共振现象. 在绝热近似条件下, 应用快慢变量分离法得到系统响应振幅的解析表达式Q, 分析了时滞参数α和不对称参数r对振动共振现象的影响. 结果表明: 在Q-α平台上, α可以诱导响应幅值的极大值以输入高频信号和低频信号的周期出现. 不对称参数并不影响共振发生的位置, 但是能够增强响应幅值. 在Q-B (B为高频信号振幅)平台上, 共振发生的位置B_VR随着α呈现两种不同的周期关系, 且周期分别为输入高频信号和低频信号的周期. 在Q-Ω (Ω高频信号频率)平台上, 随着时滞参数的增大, 当B较小时, 在Ω的小值区间内, Q呈现出多重共振现象, 在Ω的大值区间, Q趋于定值.     

回旋管谐振腔本征模式计算的新算法

基于龙格库塔理论,提出了一种计算回旋管谐振腔本征模式的新方法.不同于传统计算方法,新算法只需要通过对含有本征模式谐振频率和Q值,两个变量的目标函数进行最小值优化,就能够确定出回旋管谐振腔本征模式的所有特性.通过实例的具体计算,可以证明新算法的计算效率,相对于传统计算方法有了本质上的提高. 关键词： 回旋管 算法 本征模式 计算效率     

非对称量子点中磁极化子性质的磁场和温度依赖性

采用Tokuda线性组合算符法和Lee-Low-Pines变换法,研究了温度和磁场对非对称抛物量子点中强耦合磁极化子性质的影响,简捷地得到了作为量子点的横向受限强度ω₁、纵向受限强度ω₂、电子-声子耦合强度α、外磁场的回旋频率ω_c和温度参数γ的函数的磁极化子的振动频率λ、基态能量E₀和有效质量m 关键词： 非对称量子点 强耦合磁极化子 磁场和温度依赖性     

95 GHz三次谐波回旋管设计

采用线性理论和非线性理论研究了回旋管谐振腔结构、寄生模式抑制及注波互作用等问题。设计了一支工作在95 GHz的三次谐波回旋管,注波互作用结构采用标准开放式谐振单腔,工作模式为TE64, 采用电压45 kV、电流5 A、横纵速度比为1.5的小回旋电子注。在不考虑电子注速度离散及厚度的情况下,非线性理论分析表明,该回旋管可以获得14 kW功率输出,横向互作用效率约为18%,整管效率约11%。     

0.3 THz TM10, 1, 0模同轴耦合腔链

通过本征方程研究了工作在太赫兹(THz)频段的高次模同轴谐振腔,讨论了TM_{m, 1, 0}模,TM_{m, 2.0}模与TM_{m, 1, 1}模的谐振频率与腔体的几何参数之间的关系,并给出了工作模式的选择依据。在此基础上,提出了一种新型的0.3 THz TM_{10, 1, 0}模同轴耦合腔链,使用等效电路模型和CST-MWS软件对耦合腔链的色散特性、特征阻抗和电场分布等冷腔特性进行了分析和仿真,并着重分析和总结了耦合腔链的几何参数对色散特性和特征阻抗的影响。研究结果表明：对于工作在THz频段的高次模同轴耦合腔链,采用TM_{10, 1, 0}模为工作模式是合理的选择; 工作于2π腔模的0.3 THz TM_{10, 1, 0}模同轴耦合腔链具有较大的特征阻抗,但模式间隔较小,因此可将其应用于窄带太赫兹扩展互作用器件; 增大高次模耦合腔链的耦合槽张角是增大模式间隔的最佳途径。     

倾斜度及温度震荡频率对三维多孔介质方腔自然对流换热的影响

对三维多孔介质倾斜方腔内非稳态自然对流换热进行数值研究.腔体右壁面(X=1)保持恒温T₀,左壁面(X=0)基于温度T₀按正弦规律变化,其他所有壁面保持绝热.采用Brinkman扩展达西模型及SIMPLE算法模拟方腔内的流动.方腔沿y轴转动倾角α1的变化范围为0°~90°,沿x轴转动倾角α2的变化范围为0°~45°,无量纲温度震荡频率f的变化范围为5π~90π.详细研究倾角和温度震荡频率对三维方腔自然对流换热的影响.计算结果表明:当倾角α1=46°,α2=45°及温度震荡频率f=45π时,方腔内的换热最强.     

噪声间关联程度的时间周期调制对单模激光随机共振的影响

用线性化近似的方法研究了噪声间关联程度λ受时间周期性调制的单模激光增益模型的光强功率谱及信噪比.具体讨论信噪比R受加法噪声强度D,乘法噪声强度Q及噪声间关联程度λ的影响,以及受周期调制频率Ω_λ,输入信号频率Ω的影响.发现了一些新颖的现象. 关键词： 时间周期调制频率 噪声间关联程度 随机共振 信噪比     

电网在三种边攻击方式下的级联失效

研究美国西部电网在三种边攻击方式下级联失效差异性.定义边ij的初始负载为(k_ik_j)^θ,k_i,k_j分别表示节点i和j的度,θ为一可调参数.三种边攻击方式分别为:最小负载边攻击方式(LL)、最大负载边攻击方式(HL)和容量比最小边攻击方式(SPC).通过分析电网的拓扑结构,研究三种攻击方式级联失效差异性.研究表明:HL和LL攻击方式下,受攻击边的范围不随θ而改变,HL的攻击效果随θ的增大而增强,LL的攻击效果随θ的增大而减弱.而SPC法选中的被攻击边随θ变化,当θ取值较小时,SPC攻击边是拓扑结构较特殊的一种最小负载边,随着θ的增大,SPC攻击边趋向于高负载边,因此θ较小时,SPC的攻击效果和LL接近,当θ较大时,SPC的攻击效果和HL接近.     

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     

四极子量子级联微腔激光器模式理论

介绍了一种计算四极子量子级联微腔激光器模式的方法.推导了本征方程和光场分布公式,对不同变形因子四极子微腔进行了数值计算和模式分析,结果表明四极子量子级联微腔激光器模式具有 “蝴蝶结”形状特征,在=45°、135°、225°、315°的4个方向光输出最强.该计算方法可适用于其它任意形状截面介质上电磁波传输或散射的计算问题.     

回旋速调管调制腔模拟分析

 多腔回旋速调管中的调制腔采用内外腔同轴结构,对回旋电子注角向群聚起着关键作用。用场匹配理论及HFSS软件对调制腔冷腔特性进行了研究,对多种输入结构、耦合缝尺寸和方位、腔体长度、半径进行了模拟。分析表明,耦合狭缝中心线与输入波导轴线成45°,耦合缝长度达到0.72时,内外腔储能比值达到41.65;耦合缝尺寸对腔体Q值影响较大,但并非呈简单线性关系,并且Q值对缝长的变化比缝宽的变化要敏感得多;而狭缝尺寸变化对谐振频率的影响不大;计算了内外腔储能,得到了模式转换效率高、内外腔储能比高、性能优良的调制腔。     

Zeeman双频激光器频率分裂与纵模间隔变动一致性分析

激光谐振腔内相位各向异性会引起频率分裂,两分裂模的频差大小由表现出的相位延迟所决定.对于腔内相位延迟较小的He-Ne激光器,两分裂模很接近,处于烧孔重叠区,存在模式竞争而不能同时振荡,形成隐频率分裂.同时,使得激光器两正交偏振方向上的相邻级纵模产生固定的变动量,其大小等于隐频率分裂量的2倍.如果沿激光偏振方向施加横向磁场,Ne原子谱线发生横向Zeeman分裂,增益原子分成两群,分别为平行于磁场和垂直于磁场方向偏振的光提供增益,大大减弱模竞争,使得激光器的两分裂模可同时振荡并测得频差.在谐振腔内放入倾斜的石英晶体片或半波片,由两种方法分别测量频率分裂量并进行比较.实验表明两种方法测量的结果均与理论计算相符,平均相对偏差不超过1%.据此可以准确得到Zeeman双频激光器的频差大小,并为半波片测量提供了新方法.     

Mode selective properties of coaxial gyrotron resonators

In this paper, the mode-selective properties of coaxial gyrotron resonators are discussed for different cavity configurations. Expressions are derived for the ohmic loading of a coaxial conductor with longitudinal corrugations where the RF field inside the corrugations is fully taken into account, and for the diffractive quality factor in coaxial cavities with tapered inner conductor relative to that of an empty cylindrical cavity. The competing action of a kind of “surface mode” that appears in corrugated structures is investigated by considering its diffractive and ohmic quality factors. Additional mode competition problems that can arise in coaxial cavities with corrugated inner conductor due to second cyclotron harmonic interaction are investigated and solutions to the problem are proposed     

贯通导体及其电路对金属腔体内部电磁场的影响

为研究贯通导体及其负载电路对金属腔体内部电磁场的影响,建立了不同贯通导体端接负载模型,使用电磁仿真软件CST进行仿真,利用GTEM室、矢量网络分析仪、功率放大器、ETS电场探头组建实验测试系统,验证了仿真结果的正确性,揭示了贯通导体及其电路对金属腔体内部电磁场的影响规律。研究结果表明:腔体内部电磁场同时受到贯通导体与腔体谐振的影响,在谐振频点干扰场强取得极大值,屏蔽效能取得极小值甚至为负值。贯通导体端接负载不接地与贯通导体两端开路情形相似,贯通导体端接负载直接接地时内部场显著降低,谐振频点降低,贯通导体端接负载浮点接地时内部场变化规律低频时与开路模型相似,高频时与直接接地模型相似。贯通导体端接负载的电阻值、电容值也会影响腔体的内部场。     

贯通导体及其电路对金属腔体内部电磁场的影响

为研究贯通导体及其负载电路对金属腔体内部电磁场的影响,建立了不同贯通导体端接负载模型,使用电磁仿真软件CST进行仿真,利用GTEM室、矢量网络分析仪、功率放大器、ETS电场探头组建实验测试系统,验证了仿真结果的正确性,揭示了贯通导体及其电路对金属腔体内部电磁场的影响规律。研究结果表明：腔体内部电磁场同时受到贯通导体与腔体谐振的影响,在谐振频点干扰场强取得极大值,屏蔽效能取得极小值甚至为负值。贯通导体端接负载不接地与贯通导体两端开路情形相似,贯通导体端接负载直接接地时内部场显著降低,谐振频点降低,贯通导体端接负载浮点接地时内部场变化规律低频时与开路模型相似,高频时与直接接地模型相似。贯通导体端接负载的电阻值、电容值也会影响腔体的内部场。     

圆形高斯镜平凹腔腔镜倾斜时光场模式分析

运用边界元素法把圆形高斯镜平凹腔的自再现模的衍射积分方程转化为有限阶矩阵方程。计算了谐振腔在理想情况和高斯反射率平面输出镜倾斜情况下基模的场强分布、相位分布和本征值。研究表明,腔镜倾斜使激光场模式分布沿发生倾斜的方向向镜边缘偏移,而且在腔镜倾斜较严重时模式分布发生畸变,不再是对称的拉盖尔-高斯基模分布。基模本征值随倾斜角增大而变小,光束远场分布变差。减小高斯分布反射率的膜斑半径,则能减弱因倾斜引起的模式畸变。     

基于宽度可调节的线缺陷平板型光子晶体的空气槽微腔

研究了一种空气槽光子晶体微腔,这种腔是由在平板型光子晶体上引入一条宽度可以调节的线缺陷空气槽形成的.腔模的电场被强烈局限在空气槽中,由于介电常量的不连续性,电场得到很大的提高,同时模体积被大大地降低.数值模拟与分析了微腔的能带结构和场分布,考虑到腔模的谐振频率和对称性,发现一阶偶膜同时具有较高的品质因子和较小的模体积;应用有限时域差分法,得到腔模的品质因子可以高达10⁶,模体积仅为0.02(λ/n)³.计算了一阶偶模谐振波长随空气槽宽度以及空气孔半径的变化,发现随着宽度的增加,波长越来越短.而随着空气孔半径的增加,波长近似线性地减小;当空气孔半径为170 nm时,可以获得最高的腔品质因子.     

基于宽度可调节的线缺陷平板型光子晶体的空气槽微腔

研究了一种空气槽光子晶体微腔,这种腔是由在平板型光子晶体上引入一条宽度可以调节的线缺陷空气槽形成的,腔模的电场被强烈局限在空气槽中,由于介电常量的不连续性,电场得到很大的提高,同时模体积被大大地降低.数值模拟与分析了微腔的能带结构和场分布,考虑到腔模的谐振频率和对称性,发现一阶偶膜同时具有较高的品质因子和较小的模体积;应用有限时域差分法,得到腔模的品质因子可以高达106,模体积仅为0.02(λ/n)3.计算了一阶偶模谐振波长随空气槽宽度以及空气孔半径的变化,发现随着宽度的增加,波长越来越短.而随着空气孔半径的增加,波长近似线性地减小;当空气孔半径为170 nm时,可以获得最高的腔品质因子.     

大角带宽高衍射效率体全息光栅的设计和制备

高性能体全息光栅是全息波导的重要耦合元件,角带宽小、平均衍射效率不高是制约体全息光栅性能的重要因素.以不对称倾斜记录为出发点,设计并制备了大角带宽高衍射效率的体全息光栅.首先讨论在横电模式光和横磁模式光下体全息光栅的记录参数与其衍射效率的关系,找到平均衍射效率较高的记录参数范围,随后进一步分析在此范围内的记录参数与体全...