相对论绕射辐射振荡器的三维粒子模拟

开展了具有同轴波纹渐变式反射器与光滑漂移段结构的相对论绕射辐射振荡器的研究,并运用全三维粒子模拟软件CHIPIC对其进行数值模拟仿真,分析了漂移段、反射器等结构对输出功率的影响,探讨了反射器位置和输出功率的关系。仿真结果表明：合适的漂移段与反射器的引入,能大大提高输出功率。优化结构参数,在输入电压480 kV下,平均输出功率达到774.5 MW,平均功率效率为32.3%。     

相对论绕射辐射振荡器的三维粒子模拟

开展了具有同轴波纹渐变式反射器与光滑漂移段结构的相对论绕射辐射振荡器的研究,并运用全三维粒子模拟软件CHIPIC对其进行数值模拟仿真,分析了漂移段、反射器等结构对输出功率的影响,探讨了反射器位置和输出功率的关系。仿真结果表明:合适的漂移段与反射器的引入,能大大提高输出功率。优化结构参数,在输入电压480kV下,平均输出功率达到774.5MW,平均功率效率为32.3%。     

三种同轴双波纹周期慢波结构对比研究

利用Fourier级数展开法,给出了任意几何结构的表达式的求解方法.通过数值计算,对比分析了余弦、梯形和矩形波纹慢波结构(slow-wave structure,SWS)的色散特性.根据S参数理论,研究了这三种SWS纵向模式选择的特性,提出了在同轴慢波器件中加入同轴引出结构,可减少所需SWS周期数,不但使器件结构更为紧凑,还可避免纵模竞争从而提高器件效率、稳定产生微波频率.进一步通过KARAT 2.5维全电磁粒子模拟程序,探讨了分别采用三种SWS的相对论返波振荡器(backward-wave oscillator,BWO)的束-波作用的物理过程,设计了一种紧凑型、吉瓦级、同轴L波段BWO,分析了不同形状SWS的选取原则.在此基础上,开展了初步实验研究：在二极管电压为670 kV,电子束流为107 kA,引导磁场为075 T的条件下,输出微波峰值功率约为102 GW,微波波形半高宽为22 ns,功率转换效率约为142%,频率为161 GHz. 关键词： 同轴慢波结构 相对论返波振荡器 色散特性 高功率微波     

三种同轴双波纹周期慢波结构对比研究

利用Fourier级数展开法,给出了任意几何结构的表达式的求解方法.通过数值计算,对比分析了余弦、梯形和矩形波纹慢波结构(slow-wave structure,SWS)的色散特性.根据S参数理论,研究了这三种SWS纵向模式选择的特性,提出了在同轴慢波器件中加入同轴引出结构,可减少所需SWS周期数,不但使器件结构更为紧凑,还可避免纵模竞争从而提高器件效率、稳定产生微波频率.进一步通过KARAT 2.5维全电磁粒子模拟程序,探讨了分别采用三种SWS的相对论返波振荡器(backward-wave oscillator,BWO)的束-波作用的物理过程,设计了一种紧凑型、吉瓦级、同轴L波段BWO,分析了不同形状SWS的选取原则.在此基础上,开展了初步实验研究：在二极管电压为670 kV,电子束流为107 kA,引导磁场为075 T的条件下,输出微波峰值功率约为102 GW,微波波形半高宽为22 ns,功率转换效率约为142%,频率为161 GHz.     

毫米波段高功率绕射辐射振荡器的研究

提出采用大口径、浅褶皱和短周期分段式慢波结构作为高功率毫米波绕射辐射振荡器的高频系统。采用通用理论对器件的色散特性进行了分析,用PIC方法对整体器件进行了模拟。在此基础上,开展了实验研究工作,测试了器件输出微波功率和频率。初步实验结果与理论分析和PIC模拟结果的趋势基本吻合。     

毫米波段高功率绕射辐射振荡器的研究

 提出采用大口径、浅褶皱和短周期分段式慢波结构作为高功率毫米波绕射辐射振荡器的高频系统。采用通用理论对器件的色散特性进行了分析,用PIC方法对整体器件进行了模拟。在此基础上,开展了实验研究工作,测试了器件输出微波功率和频率。初步实验结果与理论分析和PIC模拟结果的趋势基本吻合。     

磁绝缘线振荡器同轴慢波结构色散特性分析

同轴慢波结构是磁绝缘线振荡器的核心部分。从麦克斯韦方程组和弗洛奎定理出发,导出了磁绝缘线振荡器同轴慢波结构中TM模式的色散方程,并通过数值计算分析了此慢波结构的几何参数对磁绝缘线振荡器高频特性的影响,为磁绝缘线振荡器慢波结构设计提供了依据。     

基于分布式布拉格反射器结构的空间三结砷化镓太阳能电池抗辐照研究

根据电子辐照条件下的常规三结砷化镓太阳能电池光谱响应以及电池电流的损伤特征, 确定电池衰减的物理机理: 中电池在电子辐照后形成的辐照损伤缺陷, 使得基区少子扩散长度被大幅缩短, 影响了光生载流子的收集. 针对中电池衰减的物理机理, 设计不同的基区厚度, 验证辐照后扩散长度缩短至1.5 μm左右. 为提升中电池抗辐照性能, 消除辐照后扩散长度缩减带来的影响, 对中电池外延结构进行设计, 将中电池基区减薄至1.5 μm, 并在其下方嵌入分布式布拉格反射器, 对特定波段光反射进行二次吸收, 弥补中电池减薄的影响. 通过TFCalc光学模系设计软件模拟出的中心波长为850 nm, 15对Al_0.9Ga_0.1As/Al_0.1Ga_0.9As的分布式布拉格反射器, 实际测试最高反射率大于97%, 高反带宽94 nm, 能够满足设计要求. 此基础上进行了新结构电池的外延生长与辐照测试对比. 实验结果表明: 新结构太阳能电池辐照后短路电流衰减比原结构降低了50%, 效率的剩余因子提升2.3%.     

反射器对氙灯工作性能影响的实验研究

针对灯箱中反射器的设计和运行情况,设计实验量化了反射器对氙灯辐射和钕玻璃荧光效率的影响。氙灯辐射由强流管测量的氙灯辐射波形和能量计测量的辐射能量获得;钕玻璃荧光由自主设计的荧光测量系统获得;同时,使用高速摄影仪对放电通道进行观测。实验发现,反射器在此次实验条件下可以提高氙灯辐射效率89%,提高钕玻璃荧光效率78%。而且,实验发现工程运行中氙灯“发白”,是反射器引导氙灯放电通道在靠近反射器一侧形成,导致该处过度烧蚀的结果。     

波纹误差对同轴布拉格结构反射特性的影响

利用模式匹配法建立了分析波纹参数具有随机误差的矩形槽同轴布拉格结构反射特性的理论模型,并以一个以基模(TEM)工作于220GHz附近的矩形槽同轴布拉格结构为例,研究了矩形凹槽的深度、宽度、周期长度以及位置的随机误差对其反射率频率响应的影响。数值模拟结果表明:在给定的误差范围条件下,凹槽宽度与位置的随机误差对该结构的反射性能影响较小,而凹槽深度与周期长度的随机误差是影响结构反射特性的主要因素,因此在结构的加工制备过程中应视器件性能要求严格控制两者的制造公差。     

Spatial and spectral filtering of tapered lasers by using tapered distributed Bragg reflector grating

A 1040 nm tapered laser with tapered distributed Bragg reflector (DBR) grating is designed and fabricated. By designing the grating with tapered layout, the tapered DBR grating exhibits the scattering effect on side backward-traveling waves, thus achieving additional suppression of parasitic oscillation. Under the suppression of parasitic oscillation, the spatial and spectral characteristics of the tapered laser are improved. The experimental results show that a near-Gaussian far-field distribution and a kink-free P-I characteristics are achieved, and a single peak emission with a wavelength of 1046.84 nm and a linewidth of 56 pm is obtained.     

矩形槽同轴布拉格结构的模式匹配分析方法及实验验证

基于模式匹配法建立了矩形槽同轴布拉格结构的全波耦合分析模型, 推导出了不同模式反射率和传输率的计算式, 并采用公开报道的实验数据验证了该理论模型. 在此基础上就本文理论与其他相关的理论方法进行了比较, 发现以前的理论近似模型由于忽略了矩形槽中的消失模而使传输率的频率响应曲线发生偏差. 本文建立的理论方法有望为矩形槽同轴布拉格结构的特性研究和工程实践提供一种理论分析手段. 关键词： 同轴布拉格结构 矩形波纹 模式匹配法 模式耦合     

具有坡度的同轴布喇格结构的频率响应特性

 在CST软件平台上,对具有坡度的同轴布喇格结构的频率响应特性进行了数值模拟。结果表明：具有正圆锥形坡度的同轴布喇格结构,其带宽随着所加坡度角的增大而变窄;而具有倒圆锥形坡度的同轴布喇格结构,其带宽随着所加坡度角的增大而变宽。采用窗函数技术可以有效地抑制具有坡度的同轴布喇格结构的频率响应曲线的残余旁瓣。汉明窗函数、汉宁窗函数及布拉克曼窗函数均有利于改善同轴布喇格结构作为反射器或者滤波器的性能。     

波纹误差对同轴布拉格结构反射特性的影响

利用模式匹配法建立了分析波纹参数具有随机误差的矩形槽同轴布拉格结构反射特性的理论模型,并以一个以基模（TEM）工作于220 GHz附近的矩形槽同轴布拉格结构为例,研究了矩形凹槽的深度、宽度、周期长度以及位置的随机误差对其反射率频率响应的影响。数值模拟结果表明：在给定的误差范围条件下,凹槽宽度与位置的随机误差对该结构的反射性能影响较小,而凹槽深度与周期长度的随机误差是影响结构反射特性的主要因素,因此在结构的加工制备过程中应视器件性能要求严格控制两者的制造公差。     

All-optical synchronization of a 40 GHz self-pulsating distributed Bragg reflector laser to return-to-zero 10, 20 and 40 Gbit/s data streams

This paper presents experimental investigations of the all-optical synchronization of a distributed Bragg reflector (DBR) laser self-pulsating at 40 GHz on various injected bit-rate signals. Even though there is no modulation applied to this laser, it exhibits a modulation of its output emission, measured at 39.7 GHz with a linewidth of 30 MHz. Such performance is exploited in all-optical clock recovery for a return-to-zero data stream at 40 Gbit/s. The SP-DBR laser wavelength and the injected signal wavelength are 10 nm apart. All-optical synchronization is demonstrated at 40 Gbit/s with a linewidth of less than 20 MHz for injected signals at 10 and 20 Gbit/s, respectively. Thus the SP-DBR laser proves to be very versatile and can be synchronized on various bit-rate data signals.     

Measurement for Scattering Media by Synthesis of Optical Coherence Function with Super-Structure Grating Distributed Bragg Reflector Laser Diode

The application of the technique of synthesis of optical coherence function for detection in scattering media is investigated. By modulating the optical frequency, the technique synthesizes the coherence function into a delta-function-like peak at an arbitrary location, and thus can select interferometrically the information at that location. The location is adjustable by the modulation parameter or additional phase modulation. A multi-section super-structure grating distributed Bragg reflector laser diode (SSG-DBR-LD) of THz-order tunable range is employed to enhance the spatial resolution for suppressing the multiple scattering from locations other than that detected. In a preliminary experimental demonstration, a reflectometry of 550 μm spatial resolution was achieved and was used to detect scattering media.     

Temporal response of laminated graded-bandgap GaAs-based photocathode with distributed Bragg reflection structure: Model and simulation

To describe the dynamic response characteristics of the laminated graded-bandgap GaAs-based photocathode with distributed Bragg reflection structure, a general theoretical temporal response model is deduced by combining the unsteady continuity equation and numerical calculation method. Through the model, the contribution of the distribution Bragg reflection structure and graded-bandgap emission layer to the temporal response are investigated. Meanwhile, the relationships between the temporal response characteristics of the laminated GaAs-based photocathode and different structural parameters are also analyzed, including average electron decay time, emission layer thickness, and incident light wavelength. It is found that the introduction of distribution Bragg reflection (DBR) layer solves the discrepancy between the absorption capability of the emission layer and the temporal response. Moreover, the distributed Bragg reflection layer can improve the time response by optimizing the initial photoelectron distribution. The improvement effect of the DBR layer on the temporal response is enhanced with the emission layer thickness decreasing or the incident light wavelength increasing. These results explain the effect of the DBR layer of the photocathode on the dynamic characteristics, which can offer a new insight into the dynamic research of GaAs-based photocathode.