二维金属光子带隙结构及磁化运动等离子体电磁特性的研究

论文摘要

本论文的主要内容包括二维斜方格金属光子带隙结构和磁化运动等离子体色散特性的研究,其目的是为开发高频率、高功率、高效率的新结构、新机理微波器件奠定基础。 新概念的光子带隙微波器件,借鉴光子晶体中“禁带”效应这一优秀思想,周期排列介质柱或金属柱形成光子带隙谐振腔（或波导）取代传统的圆柱腔结构,称为光子带隙微波电真空器件。这种优秀的模式选择结构成功地工作于单模状态,具有结构尺寸大、功率容量大、输入耦合器简单及腔体易于加工等优点,因而具有很大的发展潜力。本文基于实空间传输矩阵理论,详细研究了非正交坐标系下二维斜方格金属光子带隙结构,给出了计算TE模、TM模完全带隙结构的一般公式,并分析了填充系数、任意斜角及金属柱横截面对带隙结构的影响。计算结果在退化为正方格情况下时,与其他方法的计算结果取得很好的一致。第四章中给出了实空间传输矩阵法的详细推导过程,并详细计算了正方格、三角格及任意斜坐标的二维金属光子带隙结构,通过选取不同柱截面、周期斜角及填充系数获得全局带隙,对设计各种类型光子带隙微波器件具有实际的指导意义。 另一类新聚焦机理的微波器件是利用相对论电子束的离子聚焦辐射方式产生电磁辐射,当相对论电子束入射等离子体空间,在一定条件下利用通道中离子空间电荷场对相对论电子束的聚焦方式,使系统能够产生高于背景等离子体频率的辐射频率,利用离子-束聚焦方式代替磁场聚焦,减轻了整管的重量,

论文目录

• 第1章 前言
• 1.1 论文的研究背景
• 1.2 本论文的组织
• 第2章 光子晶体概论
• 2.1 光子晶体概念
• 2.2 国内外研究现状
• 2.2.1 光子晶体的发展
• 2.2.2 光子晶体的制备方法
• 2.2.3 光子晶体的应用
• 第3章 光子晶体的常用算法
• 3.1 引言
• 3.2 平面波展开法
• 3.3 时域有限差分法
• 3.4 空间传输矩阵理论
• 第4章 二维金属光子带隙结构
• 4.1 引言
• 4.2 非正交坐标系下的Helmholtz方程
• 4.3 传输矩阵法得到Helmholtz方程的本征模
• 4.4 二维金属光子带隙结构的计算结果与讨论
• 4.4.1 正方格TM波、TE波三种横截面金属柱
• 4.4.2 三角格TM波、TE波二维光子带隙结构
• 4.4.3 任意斜坐标TM波、TE波二维金属光子带隙结构
• 4.4.4 结论
• 第5章 光子带隙在微波电真空器件中的应用
• 5.1 引言
• 5.2 光子带隙电真空器件
• 5.2.1 光子带隙高能加速器
• 5.2.2 光子带隙回旋管
• 5.3 光子带隙在微波电真空器件的其它应用
• 第6章 磁化运动等离子体的研究
• 6.1 相对论电子束离子聚焦辐射
• 6.2 有限磁场作用下的静态等离子体
• 6.3 考虑碰撞效应的磁化运动等离子体的介电率张量
• 6.2.1 前言
• 6.2.2 磁化运动等离子体的基本物理模型
• 6.2.3 碰撞磁化运动等离子体的介电率张量
• 6.2.4 数值计算和分析
• 6.2.5 结论
• 第7章 总结和展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 附录A: 任意斜方格TM波金属光子带隙计算程序
• 附录B: 任意斜方格TE波金属光子带隙计算程序
• 致谢