8 mm三次谐波潘尼管大回旋电子枪设计

根据现有磁体条件和工艺设计了一过渡区较长的倒向磁场系统,其主磁场为0.396 T,反向磁场为-0.033 T,并给出了一种实用8 mm三次谐波潘尼管电子枪的设计结果。该大回旋电子枪工作在43.5 kV,1.45 A下,阴极可置于轴向磁场幅值渐减区域。该结构电子枪不追求在通过反转点之前形成薄的环形电子束,不利用突变倒向磁场,不需要刻意控制磁力线与电子注包络走向的一致性,显著降低了调试的难度和要求。最终优化所得电子注的纵向速度零散为4.78%,偏心率为7.18%,速度比高达2.2,而速度比的零散仅为4.88%,满足三次谐波潘尼管的要求。经大信号模拟计算,在该电子枪驱动下,潘尼管器件功率可达31.9 kW,效率高达49.4%,总体参量仍具有吸引力且建立在可实现的电子光学系统基础上。     

相对论磁控管的实验研究

简要分析了相３对论磁控管的主要特点与问题，编制了谐振系统数值计算程序，通过数值计算与冷测，对不同阴极尺寸与输出结构的磁控管进行了研究，清晰地描述了磁控管的振荡模式与简并现象。制作了Ａ６型相对论磁控管并进行了热测实验，研究了输出功率与工作磁场的关系，经过大量优化工作，在Ｓ波段获得了３８０ＭＷ的微波辐射。     

指数型谐振管的二维气体动理学格式模拟

本文构造了适合模拟变截面谐振管的非结构三角形网格上的二维气体动理学BGK模型,采用该模型研究了包括圆直谐振管在内的八种不同形状的指数型谐振管内声场及流场的分布,分析了谐振管形状对压力分布和瞬时流场的影响。研究发现,从抑制激波、高次谐波以提高压力振幅和压比方面综合分析,形状参数m=2.2的指数型谐振管具有更好的性能。研究中也发现了一些新的物理现象,并对这些现象做了详细的解释。     

206 GHz光子带隙谐振腔回旋管

分析了光子晶体谐振腔的模式选择功能,实现光子晶体谐振腔回旋管振荡器高阶电磁模与高次电子回旋模的有效耦合,并成功抑制了模式竞争。通过对光子晶体谐振腔禁带特性的分析,定出了工作模式为TE23模,还建立了光子晶体谐振腔回旋管的等效半径的概念,设计了自洽非线性理论和相关的计算机数值模拟程序。研究发现TE23模能有效地与电子的二次回旋谐波相互作用,其耦合频率为206 GHz,并极大地降低了对工作磁场的要求。在考虑诸多物理因素影响的情况下,对该二次谐波光子带隙谐振腔(PBGC)回旋管振荡器进行了参数优化,得到了电压40 kV、电流4.2 A、磁场3.925 T、输出功率35 kW、互作用效率21%的二次谐波TE23模PBGC回旋管振荡器。     

连续调谐太赫兹回旋管非稳定振荡状态研究

太赫兹回旋管可实现高功率输出,并具有一定的频率调谐范围,是核磁共振波谱系统理想的高功率太赫兹辐射源。设计了263 GHz,TE_5,2基波连续调谐回旋管,通过磁场调节实现频率调谐范围为1.39 GHz,利用时域多模多频自洽非线性理论对设计的连续调谐回旋管非稳定振荡状态进行了研究。结果表明,在低次纵向谐波模式工作磁场范围内,当工作电流大于起振电流时,连续调谐回旋管先进入稳定状态,高次纵向谐波模式被抑制,工作模式TE_5,2的输出功率随时间不变;当电流增大,纵向谐波模式间的竞争引起回旋管由稳定状态进入到非稳定振荡状态,工作模式TE_5,2的输出功率随时间呈振荡变化且互作用效率大大降低;随着电流的进一步增大,回旋管又回到与低电流不同的稳定状态,互作用效率进一步降低。同时发现非稳定振荡状态的起始电流随着磁场增加而增大。本研究对需工作于稳定状态的面向DNP-NMR应用的连续调谐太赫兹回旋管的研制具有一定指导意义。     

原子错位堆栈增强双层MoS_2高次谐波产率

本文采用数值求解多能带半导体布洛赫方程组的方法开展强激光与双层MoS_2材料相互作用产生高次谐波的理论研究.模拟发现, T型堆栈双层MoS_2产生的高次谐波在高能区域的转换效率比AA型堆栈双层MoS_2高一个数量级.理论分析表明,由于原子级错位堆栈下晶体对称性被打破,使原有的部分带间禁戒跃迁路径被打开,带间跃迁激发通道增加,大大增大了载流子跃迁概率,从而增强了高次谐波转换效率.此外,对谐波产率的波长定标研究表明,在较长波长的激光驱动下( 2000 nm), T型堆栈下所增强的高次谐波具有更高的波长依赖.该工作为如何优化增强固体高次谐波的转换效率提供一种新思路.     

回旋管光子带隙谐振腔冷腔电磁模式分析

利用二维三角格子金属光子带隙谐振腔代替回旋管的传统柱形谐振腔,并对腔体进行了TE波模式的计算与分析.综合考虑腔体内外的结构特征,给出了光子带隙谐振腔冷腔模式理论的研究方法,发现腔内存在单模工作的可能与条件以及非角对称情况下的电磁模式分布特征.研究结果表明,利用光子带隙谐振腔代替回旋管的传统腔体,可使回旋管在不受腔体横向尺度限制的条件下实现单模工作.这对于提高回旋管的功率容量、有效实现高次单模与高次回旋谐波耦合条件下的注-波互作用、降低工作磁场并从物理上根本改变回旋管的工作状态提供了理论依据. 关键词： 回旋管 金属光子带隙 谐振腔     

A6磁控管谐振系统的计算与模拟分析

 利用等效电路法和高频分析软件（HFSS）对A6相对论磁控管谐振系统进行了理论计算与模拟分析，着重考虑了相对论磁控管端帽的引入对谐振频率的影响。模拟和冷测均表明：相对论磁控管端帽的引入将对谐振频率造成一定影响，在端帽的某些尺寸下，同一模式将会分裂出两个谐振频率。这将加剧磁控管内部的模式竞争而不利于磁控管的工作。     

交直交型机车的高频谐波混沌分析

针对典型的交直交型动车组CRH2车型,推导出其在正弦脉宽调制下的参数方程,并建立一套新的非线性参数模型.通过混沌原理分析了高次谐波的分形情况,并针对典型的牵引变电站,进行了计算和仿真,依托实际录波的数据验证,证实高频谐波能够导致系统谐振,为混沌分析方法拓展了新的应用.     

永磁体相对论磁管的实验研究

 简要分析了永磁体相对论磁控管的主要特点与基本原理,编制了永磁系统数值计算程序,设计制作了相对论磁控管用永磁体并进行了测试。根据所得的磁场数据对相对论磁控管进行了模拟设计与实验研究。在S波段得到了430MW左右的微波输出功率。     

Pulse Slippage of Resonant Third Harmonic Generation in Electron-Hole Plasma

Effect of pulse slippage on resonant third harmonic generation of a short pulse laser in electron-hole plasma in the presence of wiggler magnetic field has been investigated. The group velocity mismatch of the third harmonic pulse and the fundamental pulse is significant in electron hole plasma. As the third harmonic pulse has higher group velocity than that of fundamental pulse, therefore, it moves faster than the fundamental pulse. It gets slipped out of the domain of fundamental pulse and its amplitude saturates. Phase matching condition is satisfied by applying wiggler magnetic field,which provides additional angular momentum to the third harmonic photon to make the process resonant. Enhancement in the efficiency of third harmonic generation of an intense short pulse laser in electron-hole plasma embedded with a magnetic wiggler is seen.     

Modulation of radiation in nonstationary resonant media

We study the propagation of radiation in a gas, the resonant frequency of which changes with time when affected by external electric and magnetic fields. It is shown that for an harmonic change of the resonant frequency under appreciable energy exchange between electromagnetic field and medium, deep amplitude modulation of radiation may be achieved. The analytical expressions obtained for a field in a gas allow rather accurate calculation of the space-time structure of the radiation penetrated through the medium layer. The numerical calculations are compared with the known experiment [4], good agreement is obtained. The transformation of radiation between dispersive branches with adiabatic stepwise variation of the resonant frequency has been also studied. Branch-tobranch transformation is investigated and the adiabatic invariant is found to be the total number of the high and low frequency radiation quanta corresponding to two dispersive branches.     

共振线极化光实现原子矢量磁力仪的理论研究

共振线偏振光激发原子张量磁矩,本文理论研究在矢量磁场和射频场的共同作用下,张量磁矩进动的模型,求解刘维尔方程获得透射光时域完整解析解,包括直流、一次和二次谐波分量.研究发现:当进动的拉比频率Ω1/(22~(1/2))时,两谐波间的干涉效应使直流分量和一次谐波对称成分的单吸收峰劈裂成双峰,裂距((Ω~2+Ω~4-Ω~2-1)~(3/2))~(1/2),一次谐波反对称成分在共振处产生干涉条纹.研究结果显示,谐波间的干涉也可导致直流分量和二次谐波线宽仅为一次谐波线宽的38%,且存在磁场取向临界点,在不同的取向区间分别利用直流及两谐波共振信号辨析磁场变化,可获得最佳测磁灵敏度;同时还可通过共振时直流分量及两谐波对称成分振幅来确定磁场与激光极化方向的夹角,利用两谐波反对称成分相移的差值来确定待测磁场在垂直光极化方向投影与射频场方向的夹角,进而实现结构简单的张量磁矩进动型矢量磁力仪.这种磁力仪适合构成磁力仪阵列,可用于磁定位、水下磁异常源的检测和地磁导航等领域.     

提高激光抽运铯原子磁力仪灵敏度的研究

本文报道了一种基于激光抽运射频共振的铯原子磁力仪. 通过圆偏振光将铯原子抽运到暗态, 实现偏极化. 外磁场存在时, 原子磁矩将以拉莫尔频率绕外磁场进动. 在共振射频磁场的作用下, 原子被去极化而重新吸收光子. 通过探测出射光光谱可以测得拉莫尔频率进而得到外磁场的信息. 本文通过运用自制的894 nm 外腔半导体激光器, 建立了激光稳频装置和低噪声磁场测量环境, 实现了一种基于铯原子激光抽运射频共振的磁力仪. 通过磁力仪参数优化以及闭环测量, 磁力仪测量的外磁场达到了19 fT/Hz^1/2的极限灵敏度和1.8 pT/Hz^1/2的本征灵敏度, 空间分辨率小于2 cm. 关键词： 光抽运 塞曼效应 光探测磁共振 磁力仪     

预调制型同轴虚阴极振荡器数值模拟

提出一种高效率预调制型同轴虚阴极振荡器,进行了数值模拟研究。研究表明:径向束流预调制型同轴虚阴极振荡器利用在束-波互作用区加载金属圆环形成谐振腔,改变束-波互作用区的电场,对电子束进行调制。圆筒形金属形成的调制腔产生的电场既对电子束进行了调制,同时对微波频率进行了锁定,其谐振频率主要是由加载的金属圆筒的长度和两个圆筒之间的径向距离决定。经过优化设计,在600 kV,73 kA无外加引导磁场的条件下,预调制型同轴虚阴极振荡器获得了平均功率6 GW,频率为2.575 GHz的微波输出,效率达到13.94%。     

Theory of gyro-backward wave oscillators with tapered magneticfield and waveguide cross section

A theory is developed which describes gyro-backward wave oscillators (gyro-BWO's) with arbitrarily relativistic electron beams and tapered external magnetic field and waveguide wall radius. For the case of linear tapering the optimal parameters are found that correspond to highly efficient operation. The frequency tunability as the function of magnetic field and voltage deviations has been analyzed. It is shown how to use the results given in terms of normalized parameters for designing concrete gyro-BWO's. For one concrete design the effect of electron velocity spread on the efficiency has been studied     

Stability of a 95-GHz slotted third-harmonic gyro-TWT amplifier

A low-magnetic-field moderate-voltage gyrotron amplifier has been designed for stable high-performance operation at 95 GHz. A slotted interaction circuit is utilized to achieve strong amplification near the third cyclotron harmonic frequency. The start-oscillation conditions were determined by an analytical theory and confirmed by a multimode particle-in cell simulation code. The dominant threat to the amplifier's stability is from a third-harmonic peniotron backward-wave interaction. A slow-timescale particle-tracing simulation code predicts the three-section slotted third-harmonic gyro-TWT, which utilizes an 11.6-kG magnet and a 50-kV 3-A υ_⊥/υ_z=1.4 axis-encircling electron beam with an axial velocity spread of 6% will yield an output power of 30 kW with an efficiency of 20%, a saturated gain of 40 dB, and a constant-drive bandwidth of 2%     

带有反射腔的相对论返波管的数值模拟

 阐述了带有反射腔的相对论返波管的数值模拟研究。利用线性理论[1]设计了返波管的慢波结构，应用SUPERFISH软件设计了谐振反射器。用KARAT软件对谐振反射腔返波管进行了宏观粒子模拟，得到了优化的返波管结构参数，并研究了外加磁场对输出效率的影响。模拟结果表明：谐振反射腔不仅起到截止颈的作用，还有预调制的作用；在低外加磁场条件下，该返波管也能输出较高功率的微波。显示了其在重复频率工作方面的重要意义。     

Current Oscillation and dc-Voltage-Controlled Chaotic Dynamics in Semiconductor Superlattices

We report a detailed theoretical study of current oscillation and dc-voltage-controlled chaotic dynamics in doped GaAs/AlAs resonant tunneling superlattices under crossed electric and magnetic fields. When the superlattice is biased at the negative differential velocity region, current self-oscillation is observed with proper doping concentration. The current oscillation mode and oscillation frequency can be affected by the dc voltage bias, doping density, and magnetic field. When an ac electric field with fixed amplitude and frequency is also applied to the system, different nonlinear properties show up in the external circuit with the change of dc voltage bias. We carefully study these nonlinear properties with different chaos-detecting methods.