利用特殊三反射镜准光学谐振腔的绕射辐射振荡器的研究

论文摘要

绕射辐射振荡器是基于斯密斯—帕塞尔效应,采用准光学谐振腔和衍射光栅组成高频互作用系统的一种真空电子器件,该器件中电子束与电磁场的互作用效率比较低,同时其衍射光栅的机械加工制约器件向更短波段发展。因而我们引入特殊三反射镜准光系统,提出采用环状电子注激励轴对称三反射镜、衍射光栅系统产生太赫兹辐射的特殊三反射镜准光学谐振腔的绕射辐射振荡器的研究方案。采用环状电子注比带状电子注稳定性高,便于成型和聚焦;三反射镜准光腔具有特殊的场分布和可靠而简易的能量输出系统,采用三反射镜准光腔能增加电子注与高频场互作用的范围,提高输出效率。论文对衍射光栅及三反射镜准光腔进行了相关理论分析及计算机模拟,在此基础上提出了利用特殊三反射镜准光学谐振腔的绕射辐射振荡器研究模型,并对轴对称的三反射镜准光系统进行了“热”腔的计算机模拟,研究表明三反射镜准光系统可以将某光栅表面波的二次谐波进行谐振放大及输出。论文主要完成了以下工作:1)根据矩形光栅“冷”腔的色散方程,采用数值分析的方法研究光栅的参数对色散特性的影响;采用理论分析及粒子模拟结合的方法对矩形光栅的相干辐射进行了研究,研究表明:当谐波频率与某角度的斯密斯-帕塞尔辐射频率相同时,在该角度附近区域形成相干辐射。2)对电子束与波的互作用理论进行了分析;根据三反射镜准光腔的选频机制及反馈作用,采用计算机模拟验证三反射镜准光腔对表面波的二次谐波进行谐振放大的可行性。3)提出了轴对称旋转三反射镜准光腔的绕射辐射振荡器的研究模型,该模型充分利用了三反射镜准光腔的简易而可靠的能量输出系统对功率进行耦合输出。根据该模型对频率为225GHz的三反射镜准光腔的绕射辐射振荡器进行了粒子模拟得到功率380W输出。同时通过三反射镜准光系统可以将史密斯—帕塞尔效应中的超辐射进行定向输出。这种工作在表面波二次谐波下的三反射镜准光学谐振腔的绕射辐射振荡器对发展基于真空电子学的太赫兹辐射源具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 国内外的研究动态
• 1.3 本文研究内容和主要工作
• 第二章 平板矩形光栅色散特性及相干辐射的研究
• 2.1 电子束与金属光栅的色散方程
• 2.2 平板矩形光栅相干辐射的研究
• 第三章 三反射镜准光腔的研究
• 3.1 三反射镜准光学谐振腔的基本结构
• 3.2 三反射准光腔的理论分析
• 3.2.1 自由电磁振荡理论
• 3.2.2 腔的谐振条件
• 3.2.3 场斑尺寸
• 3.2.4 耦合输出结构
• 第四章 三反射镜准光腔绕射辐射的研究
• 4.1 三反射镜准光腔绕射辐射的理论研究
• 4.1.1 电子束与开放式谐振腔中本征振荡的空间谐波的互作用
• 4.1.2 互作用功率
• 4.2 光栅表面放置准光腔的热测模拟
• 4.3 三反射镜准光腔绕射辐射的数值模拟研究
• 4.3.1 三反射镜准光腔绕射辐射系统的研究模型
• 4.3.2 98GHz的三反射镜准光系统粒子模拟
• 4.3.3 225GHz的三反射镜准光系统粒子模拟
• 4.3.3.1 金属光栅的设计
• 4.3.3.2 三反射镜准光系统的热腔模拟
• 4.3.4. 885GHz三反射镜准光系统的热腔模拟
• 4.4 小结
• 第五章 小结和展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者攻硕期间取得的研究成果