Self-Injection and Acceleration of Monoenergetic Electron Beams from Laser Wakefield Accelerators in a Highly Relativistic Regime

Self-injection and acceleration of monoenergetic electron beams from laser wakefield accelerators are first investigated in the highly relativistic regime, using 100 TW class, 27 fs laser pulses. Quasi-monoenergetic multi- bunched beams with energies as high as multi-hundredMeV are observed with simultaneous measurements of side-scattering emissions that indicate the formation of self-channelfing and self-injection of electrons into a plasma wake, referred to as a ＇bubble＇. The three-dimensional particle-in-cell simulations confirmed multiple self-injection of electron bunches into the bubble and their beam acceleration with gradient of 1.5 GeV/cm.     

考虑到束-波相互作用的速调管离子噪声二维模拟

采用粒子模拟的方法并考虑电子束与电磁波的相互作用，首次直接得到了速调管输出信号的离子噪声图像，阐述了束电子、二次电子、离子、电磁场之间的相互作用的动力学过程. 指出离子噪声所表现出来的相位波动是由电子束速度的波动引起的，电子束速度的变化来源于管内离子数量的变化，离子的数量的变化又与电子束状态变化相互影响，这是离子噪声产生的根本原因. 二次电子对离子噪声产生过程的影响甚微，但是其行为却反映了离子噪声的形成机理. 离子噪声引发的输出信号幅度波动取决于电子束速度和半径的改变，与离子行为密切相关. 关键词： 离子噪声 速调管 粒子模拟 电子束     

高效强流径向分离腔振荡器研究

根据同轴虚阴极的结构特点,提出了一种紧凑型径向分离腔振荡器,该径向分离腔的特点是输入电子束的电流可以很大,从而可以得到较高的微波输出功率. 综合考虑影响微波输出的各种因素,在电子束为410kV,电流为35kA的条件下,模拟得到的平均功率大于50GW,频率为146GHz,电子束功率效率达到348%. 关键词： 径向分离腔 高功率微波 同轴虚阴极 电子束分布     

Photonic Crystal Polarizing and Non-Polarizing Beam Splitters

A polarizing beam splitter （PBS） and a non-polarizing beam splitter （NPBS） based on a photonic crystal （PC） directional coupler are demonstrated. The photonic crystal directional coupler consists of a hexagonal lattice of dielectric pillars in air and has a complete photonic band gap. The photonic band structure and the band gap map are calculated using the plane wave expansion （PWE） method. The splitting properties of the splitter are investigated numerically using the finite difference time domain （FDTD） method.     

二氧化钛薄膜表面粗糙度研究

为了探究二氧化钛(TiO₂)薄膜表面粗糙度的影响因素, 利用离子束辅助沉积电子束热蒸发技术对不同基底粗糙度以及相同基底粗糙度的K9玻璃完成二氧化钛(TiO₂)光学薄膜的沉积。采用TalySurf CCI非接触式表面轮廓仪分别对镀制前基底表面粗糙度和镀制后薄膜表面粗糙度进行测量。实验表明, TiO₂薄膜表面粗糙度随着基底表面的增大而增大, 但始终小于基底表面粗糙度, 说明TiO₂薄膜具有平滑基地表面粗糙的作用; 随着沉积速率的增大, 薄膜表面粗糙度先降低后趋于平缓; 对于粗糙度为2 nm的基底, 离子束能量大小的改变影响不大, 薄膜表面粗糙度均在1.5 nm左右; 随着膜层厚度的增大, 薄膜表面粗糙度先下降后升高。     

刻槽绝缘平行板对电子束的导向效应研究

采用不同材质的刻槽绝缘平行板,包括高纯度石英玻璃、聚四氟乙烯（Teflon）、酚醛树脂（电木）和聚甲醛板（赛钢板）,并在15 pA/mm2 ~14.3 nA/mm2范围内改变入射流强,利用1 500 eV电子束入射上述绝缘平行板,实验研究了上述平行板对电子束的导向行为。实验发现,上述电子束通过上述平行板时存在明显的导向现象,其导向行为与束流流强和绝缘材质无关。据此,可排除绝缘平行板内表面沉积电荷自组织充放电过程中,以绝缘材料的面电阻和体电阻对地泄放的线性形式放电过程。Adopting several grooved parallel plates made by different insulators, such as high-purity fused quartz, Teflon, Bakelite and POM (Polyformaldehyde), and further adjusting the electron beam current in a wide range (tens of pA~tens of nA), the discharging mechanism in the self-organizing charge and discharge processes of electron guiding was investigated and discussed by using 1 500 eV incident electron beam. The present results show that, the electron guiding behaviors are obviously existing when such electron beam is transmitted through the above grooved insulating parallel plates, which are independent on beam current and insulators. Our results suggest that, the possibilities of the accumulated charges on inner-surface of grooved parallel plates linearly discharging through surface and bulk resistances of plates into the ground should be excluded.     

强流相对论多注电子束研究进展

研制了基于爆炸发射的扇形和圆柱形多注阴极系统,并开展了强流相对论多注电子束的实验研究。研究发现：扇形多注阴极由于发射端面电场分布严重不均,电子束主要由尖端发射,束斑畸变明显,当每注扇形电子束进入到多注扇形漂移管内时,在空间电磁场的作用下电子束会绕束心旋转,导致束斑的畸变和束流的损失;圆柱形多注阴极发射端电场分布相对均匀,电子束斑畸变较小,每注电子束在多注漂移管内绕束心的旋转不会引起束斑的畸变和束流的损失;由于阴极杆和多注阴极柱的发射,多注电子束品质较差,进入多注漂移管时存在电子束轰击管壁现象,造成束流的损失甚至截止。采用大内径磁场可增大阳极筒内半径,明显提高束流的传输效率。目前,采用功率约6.5 GW、传输效率约89%的相对论多注电子束驱动的多注速调管,可实现GW量级的微波输出。     

强流二极管阳极电子束时域能量沉积特性模拟

以强流脉冲电子束为研究对象,提出了一种基于离散时间、限定靶面位置,通过测量靶面不同时刻入射角分布,利用蒙卡程序计算得到电子束的能量(r, z)二维分布沉积值的方法。给出了典型弱箍缩平板二极管(电压峰值700 kV、阻抗7 Ω)阳极靶面不同位置时域的能量沉积值,分析了(0, 0°),(25 mm, 135°),(36 mm, 270°)三个位置纵切剖面的能量沉积特性,结果表明：在各个时间段内电子束入射能量确定的情况下,能量沉积特性与入射角呈现相关性,仿真结果与实验结果符合较好,偏差均小于10%;距阳极靶心25 mm以外的靶面位置,受束流箍缩影响,入射角分布变化较大;当入射角较小时(小于40°),强流电子束能量沉积峰值深度约0.2 mm;当入射角超过40°时,能量沉积峰值深度减小到0.1 mm左右;而阳极靶心位置附近,受束流箍缩影响较小,这些位置的能量沉积特性更接近于小角度入射角情形。     

同轴相对论速调管周期永磁聚焦系统的初步研究

为了探索相对论速调管放大器(RKA)的小型化技术,开展了同轴RKA周期永磁聚焦的物理与设计技术研究。周期永磁聚焦系统采用Halbach阵列结构,产生的磁场类型为周期性会切磁场。首先给出该系统的磁场各个分量的表达式,分析该系统磁场分布的特点,并推导得出该系统聚焦强流环形电子束的稳定条件。根据该稳定条件,对Ka波段同轴RKA设计了一个周期永磁聚焦系统,并优化了周期磁场参数,确定了磁场系统设计的最佳周期和幅值。研究结果显示,周期永磁(PPM)聚焦系统在周期长度18 mm和磁场幅值0.33 T的条件下可引导500 kV、6 kA的同轴RKA,得到1 GW的微波输出功率,物理分析确定了周期永磁聚焦系统应用于高功率同轴RKA的技术可能性。     

超导纳米线单光子探测器件的制备

超导纳米线单光子探测器件(SNSPD)是超导单光子探测系统的核心器件。文中介绍了成功制备的基于5nm厚的NbN超导超薄薄膜的SNSPD器件。器件核心结构为150nm宽的纳米曲折线结构,纳米线条占空比为75%,面积为20μm×20μm。超导纳米线是利用电子束曝光(EBL)技术和反应离子刻蚀(RIE)等工艺技术制备的。所制备的SNSPD样品,在温度3.5K下的临界电流约12.9μA;在1310nm波长光波辐照,12.5μA的偏置电流下,探测效率约0.016%。