二维等离子体填充金属光子晶体腔体特性

设计了等离子体填充的二维金属光子晶体特殊开放腔体结构,并采用粒子模拟技术(PIC)建立了基于等离子体填充腔体结构物理模型,分析了等离子体填充下二维腔体的各模式场分布特性,以及等离子体的引入对腔体内各模式工作频率、电场幅值的影响。结果表明:腔体内各模式的电场强度随等离子体密度的增加而减弱,模式频率随背景等离子体归一化频率的提高而增加,工作模式的产生与激励方式密切相关。     

非磁化等离子体填充的相对论返波管的粒子模拟

 对非磁化等离子体填充的相对论返波管进行了粒子模拟分析，结果表明在一定的等离子密度范围内，观察到电子注的良好传输，得到了高功率电磁波输出。等离子体密度变化过程中，输出存在有峰值功率点。通过粒子模拟清晰地观察到注、等离子体及波相互作用的物理过程，并且模拟结果解释了部分实验现象。     

H-mode inductive coupling plasma for PVC surface treatment

An inductively coupled plasma machine has been modified to be able to apply working powers in the order of 1 kW, thus switching to the real inductive H-mode. The plasma is generated by applying a 13.56 MHz radio-frequency to a λ/4 antenna outside the plasma chamber in low pressure conditions. The working gas is argon at pressure in the range from 10 to 100 Pa. With this high power source we have been able to perform plasma etching on a poly(vinyl-chloride) (PVC) film. In particular the effect of the plasma is the selective removal of hydrogen and chlorine from the sample surface. The action of the high power plasma on the sample has been proved to be much more effective than that of the low power one. Results similar to those obtained with the low power machine at about 300 W for 120 min, have been obtained with the high power source at about 600 W for 30 min. The superficial generation of a conductive layer of double C=C bonds was obtained. The samples have been investigated by means of ATR spectroscopy, FIB/SEM microscopy and micro-electrical measurements, which revealed the change in charge conductivity.     

“Cold” dispersion relation of corrugated waveguide filled with plasma immersed in a finite magnetic field

A general dispersion equation of a partially filled plasma corrugated waveguide immersed in a finite magnetic field is presented. When the guiding magnet B_0→∞ or 0, this equation can be reduced to the results obtained in previous works.     

等离子体填充金属光子晶体Cherenkov辐射源模拟研究

等离子体填充能够明显提高真空电子器件的效率和功率, 研究等离子体填充器件具有重要的科学价值. 本文基于对等离子体填充金属光子晶体慢波结构色散特性的分析, 利用粒子模拟方法展示了等离子体填充慢波结构中的注波互作用过程. 重点研究了慢波结构中场分布特性、等离子体密度和外部工作条件对频率及输出功率的影响. 研究发现, 填充一定密度等离子体后, 慢波结构内纵向和横向电场强度明显增大, 注波互作用增强, 输出频率受等离子体影响不大. 金属光子晶体结构具有的频率选择特性使器件工作于TM₀₁模态. 阴极电压增加使输出功率增大, 频率略有增加. 引导磁场增加使输出功率先增大后减小, 而频率基本不受影响. 等离子体填充后器件的输出功率上升, 当增加压强至100 mTorr(1 mTorr=0.133 Pa) 时, 输出功率提高约20%, 但只有适当密度下才有较好的角向场分布. 通过理论与模拟相结合, 发现填充一定密度的等离子体能够提高器件输出功率和效率, 为发展新型高功率毫米波振荡辐射源奠定了理论和仿真基础.     

等离子体填充金属光子晶体慢波结构色散特性研究

等离子体填充慢波器件为高效率、高功率真空电子微波源的发展提供了新的途径, 但其仿真和理论都具有一定的难度. 本文将通过轮辐天线加载激励信号的方法引入到等离子体填充金属光子晶体慢波结构(SWS)的色散特性仿真分析中, 研究了慢波结构参数和等离子体密度对等离子体填充慢波结构色散特性的影响. 结果表明, 无等离子体填充时, 通过轮辐天线加载激励信号方式得到的色散特性与其他方法差别不大; 与已有结果对比表明, 该方法适用于等离子体填充慢波结构的分析. 为了减小轮辐天线对腔体谐振频率的影响, 需要适当减薄轮辐天线的厚度, 并尽可能缩短其与反射面之间的距离. 天线的厚度越大越能激励慢波场, 越小谐振模式越容易被激励; 慢波结构周期膜片外半径和厚度对色散特性影响不大, 周期长度和膜片内半径对色散特性影响较大; 频率和相速色散曲线随等离子体密度上升而整体向高频区移动; 等离子体填充对低频模点的影响要大于对高频模点的影响; 对于慢波器件, 需要选择高频模点工作模式, 以减少腔的尺寸并降低电子注的初速度.     

电子束电流对介质切伦科夫脉塞色散关系的影响

采用等离子体流体理论,从线性扰动方程出发,研究了电子束电流大小对介质切伦科夫脉塞中束波相互作用色散关系的影响,得到了当等离子体返回电流能有效中和与不能有效中和电子束电流两种情形下色散关系和波的增长率,并讨论了电子束电流对束波相互作用色散关系和波增长率的影响。研究表明,等离子体返回电流能有效中和与不能有效中和电子束电流两种情况下有着不同的色散关系和波的增长率。在波导参数和背景等离子体参数固定的情况下,电子束电流并不是越大越好,电子束电流过大不利于提高器件效率,它们之间存在最佳匹配关系。