一种新型双间隙输出腔的理论和实验研究

从双间隙分离腔的色散关系式出发,通过数值计算求出了分离腔中IM010模对应的谐振频率,并给出了腔内轴向电场的分布图,证实了分离腔中存在着电场反相的π模场。因此,可以将其用作电场反相的双间隙输出腔,来实现双间障提取。并用2.5维粒子模拟程序——卡拉特（KARAT）程序对这种分离腔输出回路进行了粒子模拟和优化设计。通过详细的冷测和调试实验,研制出了中心频率为3.74GHz、QL值为7.8的低QL值双间隙输出腔。     

高边模抑制比窄线宽的光纤光栅外腔半导体激光器

本文从耦合腔理论出发分析了光纤光栅外腔半导体激光器的模式选择,得到了为达到稳定的高主边模抑制比所需的短外腔、短光纤光栅的器件设计原则.制作了两只光纤光栅外腔半导体激光器,Q₁为短外腔(<2mm)、短光纤光栅(4mm)结构,Q₂为长外腔(20mm)、长光纤光栅(17mm)结构.测量Q₁的主边模抑制比为35dB,Q₂的主边模抑制比为10dB.     

中央开耦合槽矩形双间隙谐振腔中的TM高次模

 用解析方法导出了中央开耦合槽矩形双间隙谐振腔中π-TM模式频率的本征方程和特性阻抗的计算公式,分析了耦合槽大小对几种π-TM模式频率和特性阻抗的影响。对TM₃₁₀模的具体计算结果显示,解析方法与模拟方法的计算结果符合得很好,可以用于计算谐振频率和特性阻抗。研究表明,耦合壁的厚度对π-TM模式频率的影响不大,耦合槽的大小和位置对谐振频率影响则较大。同时发现,在TM高次模双间隙腔中,出现了π₁模消失现象。     

高Q值二维光子晶体缺三腔的数值模拟与分析

针对单光子源对高性能纳米腔的需要, 采用“柔性束缚"光子限制结构和时域有限差分法, 通过把时域和频域的光电场分布与理想高斯函数进行比较, 设计出一种高品质因子的光子晶体缺三腔(L3), 其Q值达Q=2.8×10⁵, 有效模式体积为V_eff=0.1813(λ/n)³, 相应的Purcell因子超过F=1.2×10⁵. 此外, 提出一种定量描述腔性能优劣程度的能量系数分析法, 通过定量对比二维高斯分布下的场分布能量与总能量, 提高了腔的优化速度与准确性. 计算结果表明, 随着腔性能的优化, Q值正比于能量系数γ值直至饱和.     

S波段大间隙速调管放大器输出腔的3维模拟

 利用3维高频软件设计了一种用于S波段大间隙速调管的膜片加载大间隙单重入输出腔,建立了带大耦合孔的输出腔3维全结构模型,采用3维PIC程序对输出腔的提取效果进行了粒子模拟。研究结果表明：膜片加载的大间隙单重入输出腔开大耦合孔后,其所有谐振频点的场分布都不再是TM ₀₁₁模式,因此,在设计此类输出腔时不能以工作频点是否谐振为优化目标。提出了大间隙输出腔设计原则,根据设计原则优化后的输出腔可稳定提取1.07 GW的平均功率,提取效率约35.7%。     

LD抽运被动调Q固体激光器的脉冲稳定性

报道了二极管激光抽运Cr,Nd∶YAG被动调Q Nd∶YVO₄ 1064nm激光输出.为了提高被动调Q激光的输出稳定性，谐振腔采用长腔，增益介质位于谐振腔中间位置.实验中获得了稳定的被动调Q激光输出.在最高入射抽运功率为17.5W时，脉冲重复频率达到71.3kHz，脉冲宽度为0.4μs.调Q脉冲幅度不稳定性低于±10%，脉冲时间波动性低于±3.5%.     

两原子与双模腔场喇曼相互作用(g1≠g2)的辐射谱

研究了两个有效双能级原子与双模腔场具有不同耦合常数(g₁≠g₂)时通过喇曼相互作用的辐射谱,详细讨论了双模腔场分别处于不同数态时的情形,发现其辐射谱具有如下新特点:当模1腔场处于真空态,模2腔场处于弱场中时,随着R=g₂/g₁的增加,辐射谱交替出现对称的10峰、6峰结构,与单模双原子情形相比较,更为灵敏地反映出两原子与腔场间不同的喇曼相互作用强度;当模1腔场处于真空态、模2腔场处于强场中时,0相似文献   

带有反射腔的相对论返波管初步实验研究

 阐述了带有反射腔的相对论返波管的初步实验研究进展。反射腔是一段不规则的圆波导,在相对论返波管中起到截止颈的作用。初步实验的结果为：外加磁场B_z =0.82T时,输出微波功率为170MW,微波频率8.874GHz,脉宽为10ns;外加磁场B_z =1.7T时,微波功率为370MW,频率与脉宽不变;根据辐射场功率密度分布判定传输模式为TM₀₁模。结果表明：带有反射腔的返波管在较低外加磁场下也能够工作。     

双间隙输出腔开放腔的高频特性分析

 建立了S波段相对论速调管放大器双间隙输出腔开放腔的3维模型。采用时域有限差分法,通过监测激励电流源的响应计算了该双间隙输出腔的谐振频率、有载Q值、场分布以及特性阻抗,并分析了腔体结构尺寸对谐振频率、有载Q值和特性阻抗的影响。研究表明：腔体半径对开放腔的谐振频率影响很大,耦合孔尺寸对腔体谐振频率的影响较小;随着耦合孔张角增加,有载Q值逐渐减小;随着腔体半径增大、间隙的减小,腔体特性阻抗降低。研究结果可为S波段强流相对论速调管放大器双间隙输出腔的设计提供理论依据。     

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。     

S波段速调管双间隙输出腔的设计和实验研究

 介绍了S波段强流相对论速调管放大器(RKA)双间隙输出腔高频系统的设计,并利用3维粒子模拟程序模拟和优化了短脉冲强流相对论调制电子束经过双间隙输出腔后的微波提取。在束压640 kV、束流6 kA、基波调制深度80%的条件下,模拟得到功率为1.1 GW的微波,频率约为2.85 GHz,效率28%。在高频分析和粒子模拟的基础上进行了实验研究,实验中采用束压640 kV、束流6 kA的环行电子束,经过优化调节RKA参数,在中间腔后得到了约4.6 kA的基波调制电流,加上双间隙提取腔后从该RKA获得了频率为2.9 GHz、功率为1 GW、脉宽22 ns的输出微波,束波转换效率26%。     

双间隙同轴腔加载波导滤波器输出回路设计

采用高次模同轴输出腔结构和双间隙耦合谐振腔电路结构是提高速调管频率、功率和带宽的两个重要方式。将这两种电路形式相结合,利用等效电路法推导了滤波器加载双间隙耦合输出回路的间隙阻抗实部计算公式。通过等效电路分析和3维电磁场计算软件模拟,研究了降低高次模式双间隙耦合输出回路外观品质因数的方法。最终设计加载滤波器使得输出回路模型带宽达到9.7%。     

双间隙谐振腔的高频分析

 从麦克斯韦方程组出发,运用电磁场的匹配条件,导出了双间隙谐振腔等效周期结构横磁模的色散关系及场分布表达式。然后通过数值计算,求出了双间隙谐振腔的谐振频率和场分布,并分析了谐振腔的结构尺寸对频率的影响,为C波段双间隙输出腔的设计提供了理论依据。     

相对论速调管放大器双间隙输出腔的粒子模拟

 用3维PIC程序对S波段强流相对论速调管放大器(RKA)双间隙输出腔内的微波提取情况进行了模拟,给出了产生微波的详细物理图像。模拟结果表明：采用双间隙输出腔能增加束波互作用长度,使提取到的微波功率和效率得到提高。模拟得到了输出微波功率随直流渡越角、随电子束外径与漂移管之间的距离、随基波调制深度以及耦合孔径向间距变化的规律。在电子束压580 kV、束流4 kA、基波调制深度80%、引导磁场1.5 T的条件下,模拟得到周期时间平均功率800 MW,频率约2.85 GHz,周期时间平均效率34.8%的微波。     

X波段相对论速调管放大器同轴双间隙输出腔输出特性

 设计了工作在X波段的相对论速调管放大器同轴双间隙输出结构,并采用3维PIC程序对其进行了粒子模拟,分析了输出微波功率随直流渡越角、输出腔品质因数值等相关参数的变化,对输出腔体结构进行了优化设计。模拟结果表明：同轴双间隙输出结构可以降低束流的势能,增加束流与腔体的作用时间,提高速调管的微波提取效率。模拟中采用束压600 kV、束流5 kA、调制深度100%和峰值频率9.37 GHz的电子束以及1T的轴向引导磁场强度,得到了周期平均功率1.2 GW、峰值频率9.37 GHz、效率40%的微波输出。     

双间隙双耦合口输出回路冷测模拟方法

根据微波网络理论,将单耦合口输出回路的冷测模拟物理模型进行扩展,使其适用于双耦合口回路。并在此模型的基础上提出了计算双间隙双耦合口输出回路间隙阻抗频率特性的冷测模拟方法。运用该方法,结合软件仿真,计算分析了某S波段双间隙双耦合口输出腔,分别得到该回路工作在2模式下的阻抗实部与虚部的频率特性,并对计算结果的合理性作了论证。最后通过将计算结果与采用场分析法及散射参数方法得到的结果进行比较和分析,进一步验证该冷测模拟方法的可靠性。     

Ku波段径向线相对论速调管放大器的仿真与设计

高频段相对论速调管放大器(RKA)是近年来高功率微波领域的研究热点之一,其发展主要受限于模式竞争、相位抖动和效率偏低等问题。设计了一种径向线RKA,主要由输入腔、两组非均匀双间隙群聚腔和三间隙提取腔等四部分构成。通过比较单双间隙群聚腔与电子束互作用的耦合系数,说明了非均匀双间隙群聚腔具备对电子束较强的调制能力。前端加载TEM模式反射器的非均匀双间隙群聚腔的工作在TM01-π模式,Q值较大,有利于谐振腔之间的能量隔离。采用两组非均匀双间隙群聚腔级联的方式,在注入功率仅10 kW情况下,实现短漂移管长度下电子束深度群聚达110%。粒子模拟结果表明,该器件具有效率高的优点,在电子束电压400 kV,电流5 kA,磁场强度0.4 T条件下,得到功率825 MW,频率14.25 GHz,效率41%的微波输出。     

三间隙耦合腔输出回路的等效电路

 给出了三间隙耦合腔输出回路的等效电路,利用等效电路确定了谐振频率及间隙阻抗矩阵。从间隙阻抗出发,结合双间隙耦合腔输出回路探讨了模式重叠的机制,并将其应用于Ka波段的三间隙耦合腔输出回路。基于能量守恒的观点得到了三间隙耦合腔输出回路的互作用阻抗频率特性,从而调整电路参数,使所研究电路的3 dB带宽达到了4.48%。     

反射系数相位法计算谐振腔外观品质因数的局限性

 分析了反射系数相位法原理中所采用的完全耦合电路和实际等效电路之间的差异,指出采用反射系数相位法计算谐振腔外观品质因数失效的原因是：传输线与谐振腔只通过部分电感耦合;π模双间隙腔中存在耦合槽。定量计算表明：当谐振腔中耦合电感与非耦合电感之比小于0.1,或者缝模频率小于2π模频率时,反射系数相位法就会失效。结合实际谐振腔的参数值进行分析得出：导致反射系数相位法失效的最主要原因是传输线与谐振腔只通过部分电感耦合,并且耦合电感太小。