超快太赫兹时域光谱系统

超快太赫兹时域光谱系统是基于高速异步光学采样原理进行工作的,该系统使用2个重复频率可在1 GHz附近变化的飞秒振荡器,并使用高带宽反馈电路控制其重复频率。2个飞秒振荡器的重复频率存在Δf的失谐,一个飞秒振荡器的重复频率是1 GHz+Δf Hz,为泵浦脉冲;另一个飞秒振荡器的重复频率是1 GHz,为探测脉冲,由此提供泵浦脉冲和探针脉冲的时间差,时间延迟呈周期性变化,其扫描周期可以由1/Δf给出。此系统摒弃了传统THz-TDS系统所必需的机械延迟线,采用双光子探测器来产生触发信号。当设定Δf=1 kHz时,1 ms就可以探测出1个THz谱, 用时10.3 s即可得到动态范围为21 dB、频谱分辨率为5 GHz的太赫兹信号。该系统具有检测速度快和频谱分辨率高的优点,在需要快速测量的应用环境中有着传统太赫兹时域光谱系统不可比拟的优势。     

基于液晶空间光调制器的脉冲整形系统校准及应用

搭建了反射式光脉冲整形系统,通过改变加载到液晶空间光调制器各像素点的调制电压,测定系统分辨率及调制电压与输出信号光强和相位变化的关系,并对液晶空间光调制器进行校准.实验结果表明:光强随调制电压周期变化,相位随调制电压非线性变化;系统分辨率为10GHz,像素调制间隔为0.08nm,即能够实现对频率间隔10GHz的光信号的调制.应用该系统,以谱线间隔为10GHz的光学频率梳为信号源,对脉冲频谱进行整形,产生了平坦、高斯型、三角、倒三角及光学频率梳信号.     

应用光纤分数塔尔博特效应产生重复频率倍频的光脉冲序列

提出了一种基于光纤分数塔尔博特(Talbot)效应的光脉冲序列的倍频方法,介绍了Talbot效应的基本原理;应用自制的可调色散补偿器,将光纤锁模激光器产生的重复频率为10 GHz、脉宽约2.8 ps的窄脉冲序列倍频到重复频率为20,40和50 GHz的脉冲序列,也将重复频率5 GHz的窄脉冲序列经8倍频变换得到40 GHz的脉冲序列;通过分析窄脉冲序列的频谱,指出了实验中倍频得到的40 GHz和50 GHz脉冲质量下降的原因,提出了相应的优化措施。     

一种大功率梳状谱微波产生方法

梳状谱微波通常指具有中心频率，频谱分布与梳子形状相似，在一定带宽内多个频点具有能量分布的电磁波。梳状谱微波在电子对抗方面具有其它对抗方式所不具备的独特优势，在通信对抗、雷达对抗等领域显现出了极好的应用前景。该文介绍了一种大功率梳状谱微波产生方法，利用路径编码脉冲压缩技术将宽带连续波源产生的微波进行压缩，获得了中心频率2.85 GHz、频带宽度1 GHz、频谱间隙250 kHz、峰值功率160 kW的梳状谱微波。后续实验进一步表明，利用该方法获取的梳状谱微波的中心频率、频带宽度、频谱间隙都是灵活可调的，能够应用在多种电子对抗场景当中提升对抗干扰能力。     

直接调制光反馈半导体激光器产生超宽带信号

利用直接电流调制光反馈半导体激光器产生了符合美国联邦通信委员会关于室内无线通信频谱限定的超宽带(UWB)微波信号.基于光反馈半导体激光器速率方程组, 数值分析了偏置电流、反馈强度对混沌UWB脉冲信号的影响.研究表明, 混沌UWB脉冲频谱的-10 dB带宽分别随着偏置电流的增大和反馈强度的增强而逐渐增加; 中心频率分别随着偏置电流的增大和反馈强度的增强而逐渐增大.实验中, 产生了中心频率为6.6 GHz, -10 dB带宽为9.6 GHz的混沌UWB信号. 进一步, 通过调节偏置电流和反馈强度, 可实现混沌UWB信号的中心频率和-10 dB带宽的可调谐输出, 实验结果和数值分析相符合.此外, 实验产生的混沌UWB信号经过34.08 km的光纤传输后, 其频谱形状几乎没有发生变化, 表明该方法所产生的混沌UWB信号对光纤色散有较大的容忍度. 关键词： 超宽带 混沌激光 光反馈 直接调制     

一种S波段磁绝缘线振荡器的高频特性研究

 用数值计算的方法计算了S波段磁绝缘线振荡器（S-MILO）的主慢波结构谐振腔的π/4模、π/2模、3π/4模和π模的谐振频率,分别为1.40,2.21,2.46和2.51 GHz;计算出S-MILO封闭腔中的谐振频率依次为1.26,2.04,2.42和2.53 GHz,并计算了本征π模时的Q值。通过监测宽带激励源响应计算出S-MILO开放腔的谐振频率为2.43 GHz。对S-MILO开放腔传输特性研究表明：频率为2.25～3.05 GHz的微波,在第一腔内得到了有效抑制,输出微波的频率范围为2.2～2.5 GHz。通过对其传输特性进行研究,验证了S-MILO的高频电磁结构的合理设计。     

频率间隔可调的平坦多载波光源结构设计

为了克服密集波分复用系统中多个光源难以同步且成本高等缺点,提出了一种平坦度好、子载波数多、频谱宽度大且频率间隔可调的多载波光源生成结构.系统结构由马赫增德尔调制器、电吸收调制器和相位调制器级联组成,在单一正弦信号驱动下,输出多个低平坦度、频率间隔可调的子载波.在驱动信号频率为9和12.5GHz,系统生成的子载波数量为31个的条件下,平坦度可达到0.09dB.当驱动信号频率在3GHz~16GHz范围变化时,输出的子载波数量基本不变,且在子载波数量为31个的条件下,平坦度均小于0.15dB.当驱动信号频率为16GHz,平坦度小于0.15dB时,系统输出的多载波光源频谱宽度可达480GHz.此外,分析了MZM的上、下臂偏置电压差、EAM的啁啾因子、调制指数对生成多载波光源的平坦度、子载波数以及频谱宽度的影响.     

大幅度增加弛豫振荡频率来实现毫米级外腔半导体激光器的外腔机制转换

混沌外腔半导体激光器输出明显存在弛豫振荡特征,弛豫振荡频率小于外腔振荡频率时,外腔半导体激光器输出态是短腔机制;反之,外腔半导体激光器输出态是长腔机制.首先对比分析了弛豫振荡频率为5.6 GHz,腔长对频谱有效带宽的影响.然后同时调节注入电流和载流子寿命来大幅度地增加弛豫振荡频率.最后在弛豫振荡频率为40 GHz、腔长为毫米级(4—20 mm)时,实现由短腔机制到长腔机制的转换,进而分析了外腔反馈率和外腔长对外腔半导体激光器频谱带宽的影响.分析结果表明:短腔机制下,输出混沌态不稳定,0.1 mm的偏差就会导致混沌态与非混沌态之间的转化;长腔机制下,输出混沌态稳定,输出混沌区域较大,证明长腔机制下更有益于获得宽带连续的混沌区域.在弛豫振荡频率为40 GHz、外腔长度为毫米级时,实现了外腔半导体激光器的长腔机制,从而增大了高带宽混沌的参数空间.     

典型雷达装备带内连续波辐射效应试验研究

为掌握雷达装备在带内连续波辐射下的效应规律、揭示带内连续波对雷达的干扰作用机理,以某型频率步进雷达为受试对象,采用全电平辐照法对其进行电磁辐射效应试验研究。带内单频点电磁辐射效应试验结果表明,受试雷达在带内连续波辐射能量作用下,出现测距不准、目标回波电平受到压制等效应。测距误差随辐射干扰功率的增加不规则地变化,而目标回波电平随辐射功率的增加而逐渐减小。带内单频连续波辐射敏感度试验结果表明,受试雷达对带内电磁辐射能量非常敏感。在给定试验条件下,最小只需要0.32 V/m(频差为-0.1 GHz时)的辐射场强就能对受试雷达造成有效干扰。辐射频差超过±0.16 GHz后,临界干扰场强开始急剧增加,受试雷达的连续波电磁辐射效应表现出明显的选频特性。     

非均匀磁场下14叶片5.8 GHz磁控管的三维数值模拟

频谱噪声的抑制问题一直是磁控管的研究重点。对14叶片5.8 GHz磁控管进行了三维建模,包括阴极、叶片、隔膜带、极靴和输出天线等。使用冷腔模拟得到了模腔体频率5.86 GHz。热腔模拟计算得到7个电子轮辐,说明管子在模正常工作。在某种极靴结构下,计算得到腔体中存在一个近似二次曲线的非均匀磁场分布。在阳极电压4.5 kV、非均匀磁场中心值0.289 T时,模拟得到输出频率5.891 GHz,阳极电流1.55 A,输出功率4.9 kW,电子效率70.3%的结果。输出频谱比较干净,抑制了非模式的工作,提高了工作效率。     

射频爆磁压缩发生器小型化共形天线

射频爆磁压缩发生器作为一次性电磁脉冲产生和辐射的小型化装置,其辐射天线的结构和性能是其在实用化层面亟待突破的瓶颈。针对这一问题,深入研究了射频爆磁压缩发生器产生和辐射电磁脉冲的机理,并在此基础上,提出了一种适于实际需求的射频爆磁压缩发生器小型化共形天线。此共形天线设计成爆磁压缩发生器本体的一部分,在结构方面保证了该装置的小型化和实用性。CST仿真和实物测试结果表明,此共形天线在0.5 GHz到10.3 GHz的频带上具有良好的辐射特性,在辐射性能方面同样可以满足射频爆磁压缩发生器实用性的需求。     

空间放电辐射脉冲的探测与定位

提出一种基于辐射场窄带测试的空间放电辐射信号探测系统,系统主要由8路定向性天线阵、高增益接收前端以及数据处理单元构成。基于该探测系统建立了空间平面4元阵列定位模型,研究了空间放电辐射源位置快速搜索算法,并对定位精度进行了试验验证。实验结果表明,该系统能对1km以内的空间放电辐射源进行探测,阵元尺寸为10m的空间平面4元阵列的距离定位误差小于2.5%。该探测定位系统可以用于复杂电磁环境下空间放电源位置的确定。     

Explosive plasma-vortex optical radiation sources

The results of experimental study of explosive radiation sources based on pulsed injection of a cumulative plasma jet into atmospheric air are considered. The injection process is accompanied with intense vortex formation as well as the formation of a large-scale toroidal plasma vortex. High-power electromagnetic radiation in the optical range is generated due to shock-wave processes during deceleration of a plasma jet in air and plasma-chemical processes in the vortex. The temporal structure of a radiation pulse being generated contains components from the micro- and millisecond range. For a 20-g mass of the explosive charge, a peak radiation power of 300 kW/sr and an energy yield of 400–600 J/sr integrated over the emission spectrum are attained. The efficiency of conversion of the chemical energy of the explosive into radiation is 5.0–7.5%.     

Z箍缩等离子体振荡引起的电磁脉冲辐射

从理论上研究了Z箍缩过程中单模的等离子体振荡引起的电磁脉冲辐射。当模式扰动的相速度大于真空中的光速时,电磁脉冲辐射具有类似于切伦科夫辐射的角分布特征,并且随着相速度的增大这种定向辐射特征越显著;不同波长的电磁辐射也具有不同的角分布特征,短波长的电磁脉冲具有更好的定向性。电磁辐射功率强烈依赖于电子的等离子体振荡频率和等离子体柱的半径。     

基于磁通压缩技术的爆炸磁频率发生器的参数选择

 爆炸磁频率发生器是一种结构简单、小型化的电磁脉冲产生和辐射装置。为了优化其性能,从数学模型入手进行研究,得出输出信号所满足的Bessel函数,分析了在不同电参数下输出信号的模式及电路中的能量分配。研究结果表明,当电感变化到初始值的1/e所需时间与初始载波频率的乘积较大时,发生器的输出信号为振荡模式,且二者乘积越大,载波频率越高,对其辐射越有利。     

Design considerations for rectangular microstrip patch antenna on electromagnetic crystal substrate at terahertz frequency

The effects of 2-D electromagnetic crystal substrate on the performance of a rectangular microstrip patch antennas at THz frequencies is simulated. Electromagnetic crystal substrate is used to obtain extremely broad-bandwidth with multi-frequency band operation of the proposed microstrip antennas. Multi-frequency band microstrip patch antennas are used in modern communication systems in order to enhance their capacity through frequency reuse. The simulated 10 dB impedance bandwidth of the rectangular patch microstrip antenna is 34.3% at THz frequency (0.6–0.95 THz). The radiation efficiency, gain and directivity of the proposed antenna are presented at different THz frequencies. The simulation has been performed using CST Microwave Studio, which is a commercially available electromagnetic simulator based on finite integral technique.     

宽带强电磁脉冲模拟器发展及设计研究

宽带强电磁脉冲是高功率微波技术近年来的主要发展方向之一,由于模拟器可用于强电磁辐射环境模拟,开展强电磁脉冲效应与防护研究,所以取得了快速发展。对宽带强电磁脉冲模拟器的研究现状进行了介绍,分析模拟器在工作频段和技术体制方面存在的共性,并结合研究需求,设计了一种宽带强电磁脉冲模拟器,该模拟器采用Marx发生器直接驱动高功率宽带天线的方式,实验结果显示该模拟器的远场辐射因子可达224 kV,辐射中心频率215 MHz,带宽可达32%,为宽带强电磁脉冲模拟技术的发展、科学研究提供了参考依据和试验条件。     

天线阻抗特性对开关振荡器输出脉冲的影响

以单锥天线和螺旋天线作为开关振荡器辐射天线为例,采用等效电路模型和商业电磁仿真软件,分别对天线末端电压振荡信号和辐射电场脉冲进行了研究。研究结果表明:采用行波天线或者电长度与振荡器一致的振子天线作为辐射天线,都能够产生中心频率与振荡器本征频率一致的电磁脉冲信号;但采用振子天线时,振荡信号持续时间较短(Q值较低),频谱上能量较分散,带宽较宽,而采用行波天线则脉冲持续时间较长(Q值较高),频谱上能量较集中,带宽较窄。     

Performance analysis and comparison of MWCNT loaded ITO and TIO based optically transparent patch antennas for terahertz communications

Multiwalled carbon nanotube (MWCNT) loaded transparent conducting oxide materials (TCOMs) based optically transparent antennas are designed to resonate at 750 GHz. TCOMs such as indium-doped tin oxide (ITO) and titanium-doped tin oxide (TIO) are used for designing the transparent terahertz patch antennas. Shorting pin technique is used to improve the impedance performances of the transparent antennas. The MWCNT is used for shorting the microstrip line with the ground plane of the antenna. By varying the position of short with respect to the antenna patch, the resonant frequency of the antennas are optimized to resonate at 750 GHz. The impedance and radiation performances of the MWCNT loaded transparent antennas are compared. A broad impedance bandwidth (−10 dB) is achieved for both the proposed antennas. The MWCNT shorting pin effect on radiation performances of the transparent antennas are discussed in detail. The antennas are simulated using finite element method (FEM) based electromagnetic solver, Ansys-HFSS.     

Z箍缩内爆产生的电磁脉冲辐射

讨论了Z箍缩内爆产生的低频电磁脉冲的辐射特性. Z箍缩驱动金属丝阵或固体套筒高速内爆,部分磁能通过与负载的运动耦合而向外辐射. 理论结果表明,电磁脉冲辐射功率由电流和内爆轨迹共同决定. 在中国工程物理研究院流体物理研究所的初级实验平台上开展了负载电流为7 MA,10%–90%上升时间65 ns的丝阵Z箍缩实验,根据实验测得的电流和内爆轨迹得到了电磁脉冲的辐射功率和频谱. 电磁脉冲峰值功率约为1 GW,能量约为0.5 J,能量转换效率约为10^-7;峰值频率位于20–70 MHz,具有较宽的辐射频谱. 电磁脉冲辐射参数远小于软X射线辐射参数（峰值功率为50 TW,能量为0.5 MJ）. 在弱相对论条件下,电磁脉冲辐射功率近似地正比于电流的6次方,随电流急剧增大. 软X射线辐射是丝阵Z箍缩过程中的主要能量转换形式,本文的研究结论表明,在更高的驱动电流下,电磁脉冲辐射将提供另一种重要的能量转换途径,势必会对诊断设备造成严重影响;此外,这类强电磁脉冲在其他领域也具有潜在的应用价值. 关键词： Z箍缩 内爆 电磁脉冲