独立调谐微波电子枪耦合结构的仿真及测试（英）

精确的功率耦合结构设计是保证高品质束流的关键。为确保系统实际运行中的独立调谐微波电子枪耦合性能满足设计要求,对其进行了仿真与测试。首先应用电磁仿真软件CST对电子枪进行了频域和本征模式的仿真计算,两种方法计算结果吻合,谐振频率分别为2 856.10 MHz和2 856.07 MHz,耦合系数分别为1.624和1.620。同时,对已经安装在加速器上实际运行的电子枪分别采用反射系数法与腔体损耗法进行了耦合性能的测试。单点的反射系数法测得耦合系数为1.78,谐振频率为2 855.77 MHz。在此谐振点上,结合反射系数法和腔体损耗法进行多点拟合,测得耦合系数为1.785。结果表明,仿真计算结果与实际测试的结果基本相符。     

太赫兹人工表面等离子体共面激发与高Q传感

本文提出使用单层光栅超表面结构耦合的方式实现太赫兹人工表面等离子体激元（SSP）共面激发,克服了通过介质耦合器在实际应用时需要反射测量等缺点。在单层金属结构上同时构造周期性光栅和太赫兹SSP复合结构,当太赫兹波垂直入射时,可实现光栅波矢和SSP波矢相匹配,激发SSP模式,在透射谱中可以产生高Q值谐振峰,其Q因子可以达到1 923。分析了结构参数对光栅耦合超表面透射谱以及色散特性的影响。基于该结构透射谱中的高Q谐振峰进行传感研究,在谐振中心频率为0.22 THz时,实现传感灵敏度为67 GHz/RIU。本文所提出的光栅耦合超表面复合结构仅使用单层超表面结构实现了太赫兹SSP模式的激发以及高Q传感,在诸多实际应用领域具有较大的研究潜力。     

用场分析法求解速调管输出回路特性参数

 为解决速调管输出回路特性参数计算时遇到的困难,结合场分析的手段和3维电磁场模拟计算软件ISFEL3D后处理部分,提出了场分析法。理论分析表明,场分析法可用于计算单注单间隙、多注单间隙、单注多间隙和多注多间隙等各种速调管输出回路的谐振频率、间隙阻抗实部和外观品质因数等特性参数。通过对单注单间隙速调管输出回路的举例计算表明,场分析法的计算结果与反射相位法和等效间隙阻抗法的计算结果吻合较好,初步证实了该方法的可操作性和理论推导的正确性。     

一种S波段磁绝缘线振荡器的高频特性研究

 用数值计算的方法计算了S波段磁绝缘线振荡器（S-MILO）的主慢波结构谐振腔的π/4模、π/2模、3π/4模和π模的谐振频率，分别为1.40，2.21，2.46和2.51 GHz；计算出S-MILO封闭腔中的谐振频率依次为1.26，2.04，2.42和2.53 GHz，并计算了本征π模时的Q值。通过监测宽带激励源响应计算出S-MILO开放腔的谐振频率为2.43 GHz。对S-MILO开放腔传输特性研究表明：频率为2.25～3.05 GHz的微波，在第一腔内得到了有效抑制，输出微波的频率范围为2.2～2.5 GHz。通过对其传输特性进行研究，验证了S-MILO的高频电磁结构的合理设计。     

Compton散射下太赫兹波段介质微腔光学特性

应用Compton散射模型、1维等离子体光子晶体模型和数值计算方法，研究太赫兹波段介质微腔光学特性，给出了系统反射率、反射相移和相位穿透深度修正方程和实验验证。结果表明：与散射前相比，系统中心波长左移15 ，这是因散射使等离子体层中电子与光子碰撞频率增大效应导致系统振荡频率增大的缘故；反射相移在截止区与波长呈准线性关系，中心波长处相对 有一定偏离，这是因散射使等离子体层中电子辐射阻尼增强效应导致系统振荡频率减小的缘故；禁带区相位穿透深度增大，这是因散射与入射光形成的耦合光与入射光在禁带区的相位不同，导致入射光禁带对于耦合光产生局部失效的缘故。谐振峰左移15 ，强度提高了22倍，这是因散射产生的等离子体频率和电子辐射阻尼增大效应使系统中心波长左移，透射几率增大，从而导致透射禁带两个谐振峰左移和谐振峰强度提高的缘故。     

双间隙输出腔开放腔的高频特性分析

 建立了S波段相对论速调管放大器双间隙输出腔开放腔的3维模型。采用时域有限差分法，通过监测激励电流源的响应计算了该双间隙输出腔的谐振频率、有载Q值、场分布以及特性阻抗，并分析了腔体结构尺寸对谐振频率、有载Q值和特性阻抗的影响。研究表明：腔体半径对开放腔的谐振频率影响很大，耦合孔尺寸对腔体谐振频率的影响较小；随着耦合孔张角增加，有载Q值逐渐减小；随着腔体半径增大、间隙的减小，腔体特性阻抗降低。研究结果可为S波段强流相对论速调管放大器双间隙输出腔的设计提供理论依据。     

利用场分布计算单腔微波参量

介绍了利用加速管的场分布计算单腔微波参量的一种方法. 在已知耦合腔链各本征模式的谐振频率和电场分布的条件下，可以通过回路方程组求出耦合腔链的单腔频率和腔间耦合系数. 这种方法给加速管设计和调谐带来了很大帮助，在加速腔数目较多或者结构非均匀的条件下尤为有效.     

过耦合结构超导铝共面波导谐振器温度特性研究

制备了基于超导铝膜的四分之一波长反射型共面波导谐振器,并利用矢量网络分析仪测量了该谐振器在低温超导状态下的传输特性。实验结果表明:对于拥有较大耦合电容的超导共面波导谐振器,在超导状态下随着环境温度的升高,超导薄膜的表面阻抗会增大,进而谐振器的中心谐振频率降低,谐振峰变宽。温度越高,谐振频率随温度升高而向低频偏移的速率越快。另一方面,随着环境温度升高,谐振器的外部耦合品质因数和负载品质因数也都会降低。温度越高,谐振器品质因数随温度升高而降低的速率越快。用二能级理论解释了实验现象,品质因数理论计算值与实验测量结果相接近。     

微球激光的最新研究进展

 利用回音壁模式微球腔的高Q谐振原理，可以获得微球激光。研究了微球腔的特点和微球激光产生的原理，介绍了单量子点、表面栅耦合和光纤耦合三种微球激光器，讨论了获得高Q值微球腔的方法，提出采用半导体纳米微球及通过旋转电弧或者旋涂方式制成的玻璃微球，给出了微球激光器的几种应用以及当前国内外最新进展。     

套管-水泥界面微间隙厚度的低频超声反演方法

研究了应用低频超声垂直入射反射波实现套管-水泥界面流体微间隙薄层厚度的反演方法。应用灵敏度函数比较分析了分层系统反射谱各阶谐振频率处的相位跳变量较之各阶谐振频率作为反演特征量的优势。通过目标函数分析,选取分层系统3~10阶谐振频率处相位跳变量作为特征量,利用BP神经网络实验获得0.1~1.0 mm内不同间隙层厚度的反演结果。反演结果与真实值的平均相对误差为4.6%,最小反演厚度仅为波长的18%。所选取的相位特征量也可用于其它层状高声阻抗介质下的薄层厚度反演。      

Spectral Domain Analysis of Coaxial Cavities

Coaxial cavities are used in high power gyrotrons as the beam-wave interaction structure. Much research has been devoted to their mode selective properties. A coaxial cavity lacks a sharp boundary at its open end, so it has some physical features that can only be observed using a spectral model, such as frequency-dependent field profiles and mode overlapping effects. These properties are important since cold tests are usually conducted in the frequency domain. This study applies the incident/reflected wave boundary condition to the wave equation of a weakly irregular coaxial waveguide. The resistivity of the wall is considered in the analysis. Calculations reveal that the fixed-position spectrum yields an uncertain resonant frequency and quality factor. Although the maximum-field spectrum can uniquely determine the properties of the coaxial cavity, the resonant frequency obtained using the maximum-field spectral model is inconsistent with that obtained using the temporal model. The field-energy spectrum explains the low Q nature of the coaxial cavity. Moreover, resonant frequencies evaluated using the field-energy spectrum agree precisely with those evaluated using the temporal model.     

Frequency–time correlation of inhomogeneous broadening in a three-level system and the stimulated photon echo locking effect

The frequency–time correlation of inhomogeneous broadening on different transitions in a threelevel resonant medium in the presence of external spatially nonuniform electric fields is considered. It is shown that, under a certain relationship between the magnitudes of gradients of external nonuniform electric fields acting at different moments of time, it is possible to control the magnitude of the frequency–time correlation on different frequency transitions. An increase in the frequency–time correlation coefficient with certain strengths of external spatially nonuniform electric fields leads to the recovery of the phase memory of the system and an increase in the stimulated photon echo intensity.     

强流质子RFQ加速器高频数字低电平控制系统

强流质子RFQ加速器加速场的频率为352.2 MHz,加速场幅度和相位的精度分别要求控制在±1%和±1°的范围,为了达到这一要求,设计了一套数字低电平控制系统,该系统包括加速场的幅度和相位控制、腔体的谐振频率控制和高功率射频连锁保护3个部分。腔体采样信号的下变频及反馈激励信号的上变频由模拟器件来完成。幅相实时反馈处理过程采用数字I/Q解调的方法,在1块stratixⅡ的FPGA板上实现,板上另有3块DSP用于通信和协助FPGA进行数据处理。系统完成后与RFQ加速器进行联机调试,测试结果基本满足控制精度的要求。     

基于光强传输方程相位成像的宽场相干反斯托克斯拉曼散射显微背景抑制

相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)显微能够对样品的特殊化学组分进行选择性成像,无需荧光标记,在生物医学领域被广泛应用.然而,传统的CARS图像往往存在非共振背景信号.本文将基于光强传输方程的单光束相位成像技术用于CARS显微成像,来抑制CARS的非共振背景信号.该方法通过记录样品在三个相邻平面上的CARS图像,然后利用光强传输方程获取CARS光场的相位分布,最后利用共振CARS信号和非共振背景信号在相位上的差异,实现了对背景噪声的抑制.该方法无需参考光,通过三次测量可完成CARS的背景噪声抑制,具有良好的应用前景.     

基于谐振环的太赫兹宽带偏振转换器件研究

提出了一个基于谐振环结构的宽带且高效的太赫兹线偏振转换器.该结构由金属-电介质-金属三层构成,位于顶层的是基于开口谐振环的超表面,中间为介质层,底部为金属板.实验结果表明,该结构可以在0.59-1.24 THz频率范围内将线偏振的太赫兹波偏振方向旋转90°,转换率超过80%.通过计算该结构在所研究的频率范围内反射光的偏振角和椭圆角,证实了该结构可以在较宽的频率范围内实现高效的线偏振转换.对该结构在偏振转换率高的频率下表面电流和电场进行仿真,分析了高偏振转换率和宽带的机理.同时,研究了该结构的偏振转换率对入射角以及偏振角的依赖性,结果表明该结构在0°-30°入射角范围内、-10°-10°偏振角范围内均有很好的偏振转换性能.     

Observation of quantum capacitance in the Cooper-pair transistor

We have fabricated a Cooper-pair transistor (CPT) with parameters such that for appropriate voltage biases, it behaves essentially like a single Cooper-pair box (SCB). The effective capacitance of a SCB can be defined as the derivative of the induced charge with respect to gate voltage and has two parts, the geometric capacitance, C(geom), and the quantum capacitance C(Q). The latter is due to the level anticrossing caused by the Josephson coupling and is dual to the Josephson inductance. It depends parametrically on the gate voltage and its magnitude may be substantially larger than C(geom). We have detected C(Q) in our CPT, by measuring the in phase and quadrature rf signal reflected from a resonant circuit in which the CPT is embedded. C(Q) can be used as the basis of a charge qubit readout by placing a Cooper-pair box in such a resonant circuit.     

基于压电探测判定激光支持燃烧波和爆轰波的点燃阈值

为了获得激光支持燃烧波和爆轰波的点燃阈值,采用压电探测器检测波长为1 064 nm的Nd:YAG激光作用在铝靶表面所产生的应变和冲压。从实验结果观察到压电信号的变化分为3个阶段,分别为光热弹性应变阶段、等离子体增强耦合阶段和激光支持爆轰波对靶表面的压力阶段,并从理论上研究了这3个阶段的激光与靶材料相互作用的机理,从而可以从压电信号是否发生跃变判断出激光支持燃烧波和激光支持爆轰波的点燃阈值,与其它方法所得到结果基本吻合。     

Terahertz wave switch based on photonic crystal ring resonators

In this paper, we have presented a compact and integrated terahertz wave switch design based on photonic crystal ring resonators. The photonic crystal structure with square lattice is investigated and applied for design of ring resonators. The switching mechanism of this novel switch is based on the variation of the resonant frequency of the ring resonator inserted between two parallel waveguides. The refractive index of the holes of the structure filled with polyaniline electrorheological fluids are varied by applied external electric field, the result of which is the variation of the ring resonant frequency. The proposed device is analyzed by using finite difference time domain method. Numerical simulation results show that this switch has high extinction ratio, small size, low voltage and advantages of selectivity of coupling THz wave to different output ports.     

两轴四框架结构光电稳瞄吊舱减振器谐振频率计算与试验

根据振动理论分析两轴四框架系统选择减振器的要点,对某型直升机内外框架刚性连接的吊舱进行扫频振动试验,测量了谐振频率和谐振点的扫频放大率,绘制了放大率曲线。通过使用放大率曲线计算内外框架刚性连接时系统的三向刚度。并根据减振器刚度值,利用弹簧串联刚度的计算方法计算了使用减振器系统的三向刚度和谐振频率。重新进行试验后,结果表明系统谐振频率和放大率都满足要求。该结构使用减振器的要点是：减振器放大段位于伺服带宽内,系统谐振频率避开外界扰动频率以及放大率应尽可能小。     

涂层厚度与粘接质量的电磁声谐振无损检测

为了解决电磁超声(EMAT)涂层质量检测中接收信号信噪比较低的问题,将电磁声谐振技术(EMAR)应用于涂层质量检测,有效提高了超声接收信号的信噪比.在EMAR仿真中,通过变步长离散仿真得出了谐振与非谐振状态下的时域波形和频谱图,验证了利用电磁声谐振进行涂层质量检测的可行性.以电磁超声谐振驻波作为检测信号,实验中谐振信号...