等离子体填充平板周期光栅太赫兹辐射研究

论文摘要

人们利用在真空电子学源中填充一定密度的等离子体来改善器件的性能。随着实验研究的深入开展,发现填充等离子体不仅可以提高输出功率,而且可有效地提高器件的互作用效率和工作频率,促进了等离子体填充真空电子学源的迅速发展。本文用理论分析和粒子模拟的方法,分别研究了不加盖板和加盖板的平板周期光栅结构在等离子体填充情况下太赫兹(THz)波的辐射特性,并研究了填充等离子体的平板周期光栅的输出功率和频率在各种参数下的变化。本文的主要工作如下:1.用场匹配的方法推导出等离子体填充不加盖板和加盖板的平板周期光栅的色散方程,用数值计算的方法研究了光栅参数、电子注参数和等离子体密度对系统色散特性及增益特性的影响。2、用粒子模拟的方法研究了光栅参数和电子注参数对填充一定密度等离子体的无盖板平板周期矩形光栅输出功率及频率的影响。结果表明,当槽宽和槽深增大时,输出功率会随之提高,而输出太赫兹波的频率略有下降;增大电子注厚度和电流都能有效的提高输出功率,输出太赫兹波的频率有稍有下降;电子注与光栅距离越大,输出功率越低,输出微波频率却有小幅度提高。3、利用粒子模拟研究了等离子体填充的具有盖板结构的平板周期矩形光栅中的太赫兹波辐射特性。结果表明,适当的盖板高度能使器件的输出功率达到最大值;随着引导磁场的增大,输出功率会在达到一个峰值后减小,随着磁场的进一步增加,输出功率再次提高;等离子体的填充能有效的提高输出功率,而且存在一个最佳等离子体密度,使器件输出功率达到最大。研究了不同种类的等离子体地辐射特性的影响,结果表明,原子量越大,输出功率越高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 THz 技术的重要性
• 1.2 有等离子体背景的真空电子学器件的发展现状
• 1.3 本论文的主要工作
• 第二章 等离子体填充平板周期光栅的色散特性分析
• 2.1 等离子体填充无盖板平板周期光栅的色散方程
• 2.1.1 波动方程的推导
• 2.1.2 各区场的表达式
• 2.1.3 边界条件
• 2.1.4 色散方程
• 2.2 等离子体填充有盖板平板周期光栅的色散方程
• 2.2.1 各区场的表达式
• 2.2.2 边界条件
• 2.2.3 色散方程
• 2.3 等离子体填充无盖板光栅的数值分析
• 2.3.1 冷腔数值分析
• 2.3.2 热腔数值分析
• 2.4 等离子体填充有盖板光栅的数值分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 等离子体填充无盖板平板周期光栅的粒子模拟
• 3.1 引言
• 3.2 模拟参数及模型
• 3.3 等离子体填充无盖板平板周期光栅的粒子模拟及分析
• 3.3.1 光栅参数对输出功率的影响
• 3.3.2 电子注参数对输出功率的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 等离子体填充有盖板平板周期光栅的粒子模拟
• 4.1 引言
• 4.2 模拟参数及模型
• 4.3 等离子体填充有盖板平板周期光栅的模拟及分析
• 4.3.1 盖板高度对输出功率的影响
• 4.3.2 引导磁场对输出功率的影响
• 4.3.3 等离子体密度对输出功率的影响
• 4.3.4 不同种类的等离子体对输出功率的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 作者攻硕期间取得的成果