三腔整管RKA相位的理论与模拟的比较分析

首先采用运动学理论和空间电荷波理论推出了计算中间腔间隙入口处调制电流相位的经验公式。采用调制电子束激励中间腔的非线性理论估算中间腔和输出腔间隙电压的幅度和相位,并提出了估算输出腔间隙入口处调制电流相位的经验公式。采用这些理论和二维粒子模拟比较了中间腔和输出腔间隙入口处调制电流相位、中间腔和输出腔间隙电压相位。中间腔和输出间隙入口处调制电流相位误差为2.627°(模型1)和3.857°(模型2)。中间腔间隙电压幅度的相对误差是1.47%,输出腔幅度的相对误差是5.42%,中间腔相位的误差是4.017°(模型2)和5.427°(模型3),输出腔的相位的误差是12.32°。最后根据二维粒子模拟得出了三种模型调制电流的相位与距离的关系。相关理论计算结果与2D的PIC模拟结果进行了比对,验证了理论估算结果的可信度。     

光子扫描隧道显微镜的角谱传递函数

用傅里叶角谱衍理论推导了光子扫描隧道显笛镜的标量和矢量角谱传递函数。表明,光子扫描隧道显微镜的角谱传递鲜明地分成两个区,即远场区和近场区。随首探针榈间距增大,近场区内的角谱其振幅迅速衰减,频率越高衰减越快,而相位保持不变;相反远场区内的角谱内的角谱其振幅保持不变,而相位非均匀线性均匀线性增加,频率越低增加越快。光子扫描隧道显微镜对近场角谱的采集能力是其皮瑞利衍射极限的关键。坦 步根据角谱传递函数计     

高衍射效率连续面形分束器的设计与制备

为了解决目前光学分束器件衍射效率低的问题,在传统的Gerchberg-Saxton(GS)算法基础上,对初始相位和迭代算法中的振幅限制方式作改进.先利用二次相位来作为迭代算法的初始相位,再在迭代过程中将输出平面分为信号区和噪音区两部分,保持这两部分的相位不变,信号区内振幅乘上一个随迭代次数不断变化的因子,噪音区内振幅保持不变.通过该方法设计9×9连续面形的分束器件,并与传统GS算法设计的分束器进行了对比,结果表明:GS算法设计得到的分束器相位存在严重的突变和不连续等问题,而本文方法设计得到的分束器相位连续平滑,可利用移动掩模技术加工.最终制备出1×3和1×9分束器,其实测的衍射效率分别为83.5%和89.4%,均匀性误差分别为3.56%和15.23%.     

啁啾光脉冲的振幅调制和相位扰动对压缩光脉冲的影响

 通过采用分步傅里叶变换法求解非线性薛定谔方程,模拟了啁啾光脉冲有振幅调制和相位扰动下的自相位调制（SPM）对压缩光脉冲对比度和预脉冲宽度的影响。结果表明：啁啾光脉冲的振幅调制深度和相位扰动深度越大,则压缩后的光脉冲对比度越小;啁啾光脉冲的振幅调制周期和相位扰动周期越小,则压缩光脉冲的预脉冲宽度越大。     

相对论速调管放大器一维非线性理论的数值分析

给出了相对论速调管放大器中归一化调制电流和电子束动能的积分微分方程,基于MATLAB平台编程并采用递推法、中心差分法、梯形积分法等数值计算方法计算了归一化束电流和电子束动能随归一化距离的关系,以及反映电荷守恒的归一化因子。最后计算了调制电流的n次谐波的模式强度随归一化距离的变化。     

相对论速调管放大器两腔束流调制的理论与模拟比较分析

采用一维自洽束波互作用的非线性理论,探索了相对论速调管放大器(RKA)的束流调制特性,并与二维PIC结果进行了比较和分析。首先推导了环形电子束的几何因子,然后分别给出了两腔调制时归一化调制电流和电子束动能的积分微分方程。采用调制电子束激励中间腔的非线性理论估算了中间腔间隙电压的幅度和相位,幅度的相对误差为0.07%,相位误差为2.15°。给出了输入腔和中间腔的间隙耦合系数公式,对于束压为715.2 kV、束流为8 kA的电子束,当输入腔和中间腔间隙电压分别为14,315.2 kV,输入腔和中间腔相位差为90.59°时,采用一维非线性理论和二维粒子模拟程序分别计算了基波电流调制系数和距离的关系。对于基波电流调制系数,中间腔之前处于线性区,理论值与模拟值比较一致;在中间腔内部基波电流调制系数出现明显的下降,理论值与模拟值之间的差距较大;中间腔之后处于非线性区,对于基波电流调制系数的最大值和对应的纵向位置,理论值与模拟值基本一致。当束流传输距离为65.8 cm时,计算了归一化电流和归一化电子束动能随时间的变化和电荷守恒参量N(z)与调制电流的n次谐波的电流调制系数随传输距离的变化情况。     

高效率的匹配滤波方法

本文分析了纯相位匹配滤波实现特征识别的物理原因。据此我们修改了待识别物体的傅里叶变换的振幅,以减小光强度的动态范围。同时,保持其傅里叶变换的相位不变。用重铬酸盐明胶记录反射式全息匹配滤波器,从而获得高效率的相关检测。     

带状电子束的空间电荷场

 利用理论分析和数值计算的方法研究了矩形波导内均匀电流密度的带状电子束模型的空间电荷场,给出了该带状电子束模型的空间电荷场的解析表达式,并研究了空间电荷场随带状电子束的几何参数和物理参数的变化规律。研究表明：在不改变电流密度的前提下,更宽的电子束可以传输更强的束流,而空间电荷场并不随束宽度的增大而增大,但是增加电子束厚度会使空间电荷场显著增强,从而不利于高流强电子束的传输;对于相同电流的带状电子束,保持电子束厚度不变,增大电子束宽度,相应地降低电流密度是降低空间电荷场的一个很好的途径,而保持电子束的宽度不变,增大束厚度,相应地降低电流密度只会使沿着电子束截面宽度方向的电场减小,而沿着电子束截面厚度方向的电场基本不变;对于相同电流和电流密度的带状电子束,更宽、更薄的电子束横截面尺寸能使沿着电子束截面宽度方向的电场降到更低,而沿着电子束截面厚度方向的电场只是略有减小。     

相对论速调管放大器中自洽的非线性理论与粒子模拟的比较北大核心CSCD

分别给出了归一化调制电流和电子束动能的积分微分方程,并提出了完整的数值计算方法。对于束压束流分别为511kV,5kA和800kV,8kA两组典型参数,采用非线性理论和二维粒子模拟程序分别计算了电流调制系数和距离的关系。在线性增长区以及当调制电流达到最大值并开始缓慢下降后,理论与模拟都符合得很好。此外还计算了电子束动能和调制电流的n次谐波的模式强度随归一化距离的变化情况:一次和二次谐波强度较大,八次以上谐波幅度较小而可以忽略。     

多注RKA束流调制的理论与模拟比较分析

采用非线性理论探索了同轴多注相对论速调管放大器(CMRKA)的束波互作用特性，并与PIC结果进行了验证分析。首先推导了实心电子束的几何因子，然后分别给出了归一化调制电流和电子束动能的积分微分方程，并给出了多注速调管放大器的同轴输入腔间隙耦合系数的公式。对于束压为600 kV、束流为5 kA的16注电子束，当输入腔间隙电压分别为4.6，32.7，189 kV时，采用一维非线性理论和三维粒子模拟程序分别计算了基波电流调制系数和距离的关系，理论和模拟结果比较一致。当间隙电压为4.6 kV时，理论计算了多注电子数的个数分别为8, 12, 16以及实心电子束的半径与单注电子束通道半径比6/15, 8/15, 10/15(通道半径不变)时基波电流调制系数随传输距离的变化。结果表明，随着多注电子数的个数和电子束半径的增加，基波电流调制系数有逐渐变大的趋势。此外还计算了当间隙电压为20 kV时，归一化电流和归一化电子束动能随时间的变化和归一化常数N(z)与调制电流的n次谐波的电流调制系数随传输距离的变化。     

储存环光速调管自由电子激光的电子束能量调制

对光速调管中的能量调制过程以及影响电子束能量调制的因素，作了详细的计算和分析．其方法和结果对实际的储存环自由电子激光的设计具有参考价值 关键词：     

储存环光速调管自由电子激光的电子束密度调制

在文[1]讨论了电子束能量调制的前提下,讨论电子束在光速调管中色散段的密度调制,以及诸多因素对密度调制的影响。给出了色散段设计参数的选择原则,并讨论了电子束主要参数的限制。最后结合合肥同步辐射环的参数给出了一组储存环紫外波段自由电子激光中密度调制的参考数据。     

电子束在周期场中的稳定性

本文讨论了强流电子束通过周期性静电场和静磁场的稳定性。说明了圆柱形电子束通过简谐电磁场和周期性非简谐场例如锯齿形,矩形,等腰梯形等静电场的稳定和不稳定区域。将各种场的主要不稳定区进行比较,表明锯齿形场的主要不稳定区宽度最小。指出当空间电荷效应不可略去时,电子束在稳定区内并不是无条件稳定而是有条件稳定的。这与空间电荷电流大小以及电子束的振幅有关。     

相对论速调管中间腔与调制电子束间的非线性互作用

在强流相对论电子束驱动的相对论速调管放大器中, 由于强流和高场强的影响, 尤其是中间腔具有高Q值, 微波腔与电子束之间的非线性作用很明显, 严重影响器件性能. 根据麦克斯韦方程组以及电子在微波场作用下运动方程给出了中间腔的束-波互作用自洽方程. 从这些方程出发, 研究了调制深度和调制频率对间隙电压幅度和相位的影响. 对比常规速调管的等效电路模型, 自洽公式给出的间隙电压幅值同粒子模拟结果更接近, 尤其是较高调制深度的情况. 同时器件带宽随调制深度的增加而变宽, 这也同粒子模拟结果一致. 由此设计了一个S波段高增益相对论放大器, 在LTD (长脉冲螺旋线)加速器上开展了相应的实验工作, 实验上获得了1.1 GW的输出功率, 器件增益49 dB. 关键词： 相对论速调管 非线性互作用 自洽方程     

L波段强流单束团注入器的束流动力学计算

自由电子激光器要求高亮度、低能散度的电子束注入波荡器(Undulator)。本文叙述提供高亮度电子束的高频电子直线加速器中的注入器部分的设计计算。注入器由L波段(1300MHz)的十二分频和三分频两个谐振腔预聚束器和一个基波频率的变相速聚束器组成。粒子运动方程中考虑了空间电荷效应和束流负载效应。电子枪的注入参数:脉冲宽度T=4ns;电流I=5A;电子的初始动能E_0=100keV;电子束分布为高斯型。参数优化设计结果:单束团宽度小于25ps,峰值电流达400A以上,电子的平均归一化能量>4,束团内的能量差小于200keV。     

大气湍流对多抖动法相干合成技术中相位调制信号的影响

分析了大气湍流对采用多抖动法实现的相干合成阵列光束中相位调制信号的影响. 文章首先根据广义惠更斯-菲涅耳原理,采用折射率结构函数对大气湍流进行描述,推导了多抖动法相干合成中阵列光束通过大气湍流后相位调制信号的一般表达式. 在此基础上进行数值模拟,分析了传输距离、湍流强度、光束阵列占空比和光斑尺寸等因素对相位调制信号的影响. 研究发现随着传输距离的增大,相位调制信号强度会先增大后减小,存在一个极大值点;随着湍流强度的增强,相位调制信号强度极大值点的出现距离不断缩短;当光束阵列占空比一定时,随着光斑尺寸的增大 关键词： 大气湍流 相干合成 多抖动法 相位调制     

相对论电子束虚阴极静电振荡的粒子模拟

本文运用有限大小粒子模型,用等离子体粒子模拟方法,对相对论电子束的虚阴极振荡作了一维静电粒子模拟。结果表明,在注入电流小于空间电荷极限电流时,电子束能稳定传输并能全部通过。当注入电流超过空间电荷极限电流时,传输是不稳定的,将有部分电子反射,部分通过。空间电荷形成的虚阴极的位置和电势周期性地振荡。电流越大,虚阴极位置越靠近注入面且变化范围越小,虚阴极电势越低且振幅越大,振荡频率越高且大于电子束等离子体频率。     

Polarimetric Measurement of Plasma Poloidal Magnetic Field via Heterodyne Phase Shift Methods

The rotation of the plane of polarization of radiation propagating through a magnetized plasma (Faraday effect) yields the line integral of the electron density times the longitudinal magnetic field component. A commonly used technique for this measurement senses the change in intensity of a laser beam after passing through a linear polarizer. Two methods often employed to facilitate detection are 1) to mix the transmitted beam with a frequency-offset reference beam to allow heterodyne detection and 2) to oscillate the polarization direction of the laser beam. In addition to being sensitive to spurious amplitude variations, such amplitude measurements are sensitive to small polarization ellipticities introduced by optical components as well as by transverse magnetic fields within the plasma. By the addition of a quarter wave plate, the Faraday rotation can alternatively be sensed as a phase shift of the heterodyne beat of two frequency-offset input beams relative to the case of no plasma. This scheme has the advantage of phase modulation over amplitude modulation, i.e., independence of absolute amplitude and weak dependence on amplitude change. We demonstrate with Jones matrix algebra how the measured phase shift depends only weakly on imperfections and angular alignments of the optical components. Moreover, the phase shifts can be increased more than an order of magnitude by deliberate modifications in the basic optical configuration at a sacrifice of comparable amounts of the amplitude modulation of the carrier from which the phase shift is determined.     

Correction to: Generation of amplitude- and phase-modulated signal beam with a phase-only spatial light modulator and its detection by the transport of intensity equation method for holographic data storage

This study evaluates a novel holographic data storage (HDS) that uses a phase-only spatial light modulator (SLM) for the multilevel complex amplitude modulation of a signal beam and the transport of intensity equation (TIE) method to detect the signal beam without interferometry, to increase the capacity of the HDS, simplifying its optical system, and improving the stability of the signal beam modulation and detection. Both the amplitude and phase of the signal beam were modulated by a computer-generated hologram displayed in a phase-only SLM, a 4-f optical system, and a pinhole placed in the Fourier plane. The complex amplitude-modulated signal beam generated by this scheme does not always perfectly match the target complex amplitude, and deviations from the amplitude and phase of the target complex amplitude may exist. It is unclear whether the TIE method, which is sensitive to the state of the beam intensity and the phase distributions to be detected (such as zero-intensity points and phase discontinuities), can accurately detect a signal beam whose complex amplitude is modulated by the modulation scheme with a phase-only SLM. Here, we demonstrate via numerical simulations and experiments that several methods of complex amplitude generation using a phase-only SLM can achieve multilevel modulation of the amplitude and phase of a signal beam and are suitable for detection by the TIE method in HDS.