双电子注太赫兹辐射源的研究

论文摘要

为了发展大功率太赫兹辐射源,本学位论文首先对磁化等离子体填充波导中的电子注、波、等离子体三者互作用进行了详细的理论研究,提出利用双流不稳定性来产生大功率太赫兹辐射。同时对同轴腔双电子注回旋管进行了详细的研究,得出利用同轴腔双电子注回旋管产生大功率太赫兹辐射具有以下一系列的优点:改善模式竞争、提高输出功率、实现双频工作等。1、在研究磁化等离子体填充波导中电子注、波、等离子体三者互作用时,作者采用一种新的处理方法:等效介质法。将等离子体和电子注均考虑成一种特殊的媒质,同时还考虑了电子注与等离子体的表面电流密度。利用这一处理方法计算给出了强流相对论电子注中电磁波的色散特性曲线;同时对磁化等离子体填充波导中注、波、等离子体互作用进行了详细的研究;另外作者还提出利用双电子注之间的双流不稳定性来产生大功率太赫兹波。2、对一种新型的同轴腔双电子注回旋管进行了详细的研究。采用回旋管线性理论研究了同轴腔双电子注回旋管的模式竞争,发现同轴腔双电子注回旋管可以更好地抑制模式竞争。根据回旋管自洽非线性理论,在C++ Builder程序开发软件基础上编写相关的计算程序,该程序可以处理双电子注及同轴内开槽结构。数值计算结果表明,同轴腔双电子注回旋管的注波互作用效率可达到同轴腔单电子注回旋管相同的水平。3、研究发现在同轴腔双电子注回旋管中利用双电子注可以在同一谐振腔中同时激励起两个频率的电磁波,其频率相差l倍（l为谐波次数）,即电子注一对应激励起一次谐波,电子注二对应激励起l次谐波。根据这一原理设计了一只工作频率为一次谐波10GHz、二次谐波20GHz的同轴腔双电子注回旋管,并对这一回旋管进行了详细的理论计算和数值模拟研究,同时还编写相关的同轴腔多模多注非线性模式竞争程序。理论研究、数值计算以及MAGIC粒子模拟均表明该同轴腔双电子注回旋管可以实现双频工作。4、作为同轴腔双电子注回旋管的实验准备,设计了一只工作频率0.22THz、工作模式TE03模的圆柱波导谐振腔回旋管,并对其进行相关的实验测试,测试结果表明所采用的设计方法及工艺流程是正确无误的。同时作者还设计了一只工作频率为0.11THz/0.22THz同轴腔双电子注回旋管。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 太赫兹科学技术简介
• 1.2 太赫兹辐射源的研究进展
• 1.2.1 半导体以及光子学太赫兹辐射源的研究进展
• 1.2.2 真空电子学太赫兹辐射源的研究进展
• 1.2.3 太赫兹回旋管的研究进展
• 1.3 双电子注器件的研究及其进展
• 1.4 本学位论文的主要工作与贡献
• 第二章 磁化等离子体填充波导中注波互作用的研究
• 2.1 引言
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 等离子体区域内的场方程
• 2.2.2 电子注区域内的场方程
• 2.2.3 相对论环形电子注表面电流密度方程
• 2.3 数值计算
• 2.3.1 单电子注模型
• 2.3.2 等离子体填充单电子注模型
• 2.3.3 双电子注模型
• 2.4 小结
• 第三章 同轴腔双电子注回旋管线性理论
• 3.1 引言
• 3.2 同轴腔双电子注回旋管中静电位分布
• 3.3 同轴腔双电子注回旋管线性理论
• 3.3.1 同轴腔双电子注回旋管色散方程
• 3.3.2 同轴腔双电子注回旋管起振电流
• 3.4 同轴腔双电子注回旋管模式竞争研究
• T'>3.4.1 三段式谐振腔品质因数Q_T
• 3.4.2 同轴腔双电子注回旋管模式竞争
• 3.5 小结
• 第四章 同轴腔双电子注回旋管非线性理论
• 4.1 引言
• 4.2 同轴腔双电子注回旋管自洽非线性理论
• 4.2.1 高频场方程
• 4.2.2 电子运动方程
• 4.2.3 数值模拟计算结果
• 4.3 小结
• 第五章 同轴腔双电子注回旋管双频工作
• 5.1 引言
• 5.2 同轴腔双电子注回旋管双频工作参数设计
• 5.3 同轴腔双电子注回旋管多模非线性模式竞争
• 5.4 同轴腔双电子注回旋管双频工作粒子模拟
• 5.5 小结
• 第六章 0.22THz回旋管实验研究
• 6.1 引言
• 03模回旋管的实验研究'>6.2 0.22THz,TE₀₃模回旋管的实验研究
• 03模回旋管的设计'>6.2.1 0.22THz,TE₀₃模回旋管的设计
• 03模回旋管实验系统'>6.2.2 0.22THz,TE₀₃模回旋管实验系统
• 03模回旋管测试结果'>6.2.3 0.22THz,TE₀₃模回旋管测试结果
• 6.3 0.11THz/0.22THz同轴腔双电子注回旋管实验初步设计方案
• 6.4 小结
• 第七章 结束语
• 7.1 本学位论文工作总结
• 7.2 未来工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻博期间取得的研究成果