220 GHz折叠波导UV-LIGA微加工工艺

真空电子器件的频率正向太赫兹频段发展,折叠波导慢波结构是行波管的核心部件,由于真空器件的尺寸与波长具有共渡性,频率越高,互作用结构的尺度越小,加工误差的要求越严格。传统的加工方法很难实现如此微小尺寸的结构,UV-LIGA技术对于制造这种微型结构是一种很有前途的方法。用UV-LIGA方法制备真空器件的慢波结构,涉及到两个主要的问题:一是SU8厚胶匀胶过程中如何确保其厚度及其一致性;二是横向贯穿折叠波导中心的电子注通道如何成型。以220 GHz折叠波导为研究对象,针对上述两个问题开展了相关的工艺试验,使用特制的PDMS模具,采用重力匀胶法,实现了大厚度SU8胶匀胶,表面平整,高度一致。在SU8光刻胶中通过专用夹具,嵌入透明有机丝,形成细长电子注通道。而后,采用脉冲电铸电源,在硫酸铜电铸液中电铸,获得了表面平整的无氧铜微结构。     

基于行波管螺旋导电面模型的空间电荷场研究

通过分析行波管螺旋导电面模型中的电磁场，给出了色散和耦合阻抗计算公式，并深入研究了非线性理论中的空间电荷降低因子.结果表明，螺旋导电面模型相对理想导电圆筒中的空间电荷降低因子在较高频段变化不大.空间电荷降低因子的变化反映了螺旋线外电磁场对电子注的作用，同样的慢波结构，较高频率的电磁场应有较大的影响.因此，使用螺旋导电面模型在较高频段计算空间电荷降低因子是不合适的. 关键词： 行波管 非线性 螺旋导电面 空间电荷降低因子 色散 耦合阻抗     

Periodicity-suppressing effect of periodic lossy-dielectric-loaded cylindrical waveguide

Periodic dielectric-loaded waveguide is one of the diaphragmatic waveguides.For the excellent mode-selective propagation ability,it is of value for applications in gyrotron-traveling-wave amplifiers(gyro-TWT),accelerators,and other microwave propagation systems.This paper focuses on studying the application of the strong lossy-dielectricloaded periodic waveguide in millimeter-wave gyro-TWT.It is revealed that due to the lossy property of the dielectric,the energy in the dielectric slots is absorbed effectively and the high order Bloch harmonics induced by the periodicity of the structure are suppressed,which changes the discrete spectrum under lossless condition into a continuous one.As a result,the periodicity of the system is severely suppressed and a mode in the hollow region could be approximated by a fast wave mode in an empty waveguide.These results bring specific guidance for the applications of the lossy dielectric-loaded waveguide in gyro-TWTs and other devices.     

束—等离子体互作用产生的高功率微波辐射

相对论性电子束-等离子体装置是一种具有很大潜力的新型高功率微波源。本文对电子束密度与等离子体密度之比n_b/n_p≈0.01时,束-等离子体相互作用产生频率为ω_p的微波辐射过程进行了研究。利用线性和非线性(扎哈罗夫)色散关系,对存在的主要不稳定性进行了分析。着重推导了不稳定静电波转变为电磁波的参量衰变色散关系,由此得到了束-等离子体系统的辐射率。最后,对能量由电子束动能转移到等离子体波,再转变为电磁辐射和加热等离子体的过程建立了数理模型。     

基于类表面等离子体激元的矩形金属光栅色散特性的研究

等离子体激元(surface plasmon polaritons, SPP)因其独特的光学和物理特性, 使其具有诸如透射增强和局域共振等一系列新颖现象, 已成为当前国内外学者研究的热点. 本文对基于类表面等离子体激元(Spoof Surface Plasmons, SSP)的矩形金属光栅色散特性和模式分布进行了研究. 利用本征函数法并结合场匹配条件, 获得了矩形栅表面SSP的场表达式、色散关系和模式分布, 并通过电磁仿真进行了验证. 在此基础上分析了矩形栅各参数对SSP色散及模式分布的影响, 研究结果表明: 由本征函数法获得的SSP色散特性与仿真结果基本符合; 增大金属栅高度或减小排列周期能减小SSP的相速度; 而增大金属栅周期占空比能在一定程度上拓展SSP与电子束互作用的带宽; 改变金属盖板高度对慢波SSP色散模式基本没有影响; 减小金属栅侧面宽度能增大模式之间的间隔, 从而能有效避免模式竞争的发生. 本文对基于SSP的矩形金属光栅色散特性的研究将为进一步研究SSP与电子束的相互作用, 形成高效、宽带的新型太赫兹源奠定良好的理论基础.     

W波段回旋行波管放大器的模拟与设计

回旋行波管放大器是高功率毫米波雷达发射系统最重要的候选者.通过对回旋行波管放大器中的绝对不稳定性、回旋返波振荡以及电子注-波互作用的研究，讨论了回旋行波管的稳定性、寄生模式的抑制和工作参数的优化等问题，给出了W波段TE₀₁模回旋行波管放大器的模拟设计结果.PIC粒子模拟结果表明，在电子注电压100kV、电流10A、工作磁场3.52T时，94GHz的基波回旋行波管放大器可获得大于250kW的输出功率、40dB的增益、大于25％的效率和约5％的带宽. 关键词： W波段 回旋行波管放大器 模拟 设计     

螺旋带面电流分布研究

 由于实验无法准确测量螺旋带上的面电流分布,在详细比较理论分析与软件模拟异同的基础上,应用3维电磁场计算软件HFSS研究了螺旋带相对宽度与面电流分布的关系。研究表明：螺旋带相对宽度越大,面电流分布越不均匀;当Floquet边界的相位移为90°时,面电流分布最不均匀;面电流分布的均匀性假设在不同频率下有不同的准确程度。     

Forward-wave enhanced radiation in the terahertz electron cyclotron maser

Based on the principle of electron cyclotron maser (ECM), gyrotrons are among the most promising devices to generate powerful coherent terahertz (THz) radiation and play a vital role in numerous advanced THz applications. Unfortunately, THz ECM systems using a conventional high-Q cavity were theoretically and experimentally demonstrated to suffer from strong ohmic losses, and, accordingly, the wave output efficiency was significantly reduced. A scheme to alleviate such a challenging problem is systematically investigated in this paper. The traveling-wave operation concept is employed in a 1-THz third harmonic gyrotron oscillator, which strengthens electron-wave interaction efficiency and reduces the ohmic dissipation, simultaneously. A lossy belt is added in the interaction circuit to stably constitute the traveling-wave interaction, and a down-tapered magnetic field is employed to further amplify the forward-wave (FW) component. The results demonstrate that the proportion of ohmic losses is nearly halved, and output efficiency is nearly doubled, which is promising for further advancement of high-power continuous-wave operation of the ECM-based devices.     

回旋管光子带隙谐振腔冷腔电磁模式分析

利用二维三角格子金属光子带隙谐振腔代替回旋管的传统柱形谐振腔,并对腔体进行了TE波模式的计算与分析.综合考虑腔体内外的结构特征,给出了光子带隙谐振腔冷腔模式理论的研究方法,发现腔内存在单模工作的可能与条件以及非角对称情况下的电磁模式分布特征.研究结果表明,利用光子带隙谐振腔代替回旋管的传统腔体,可使回旋管在不受腔体横向尺度限制的条件下实现单模工作.这对于提高回旋管的功率容量、有效实现高次单模与高次回旋谐波耦合条件下的注-波互作用、降低工作磁场并从物理上根本改变回旋管的工作状态提供了理论依据. 关键词： 回旋管 金属光子带隙 谐振腔     

高功率毫米波辐照对秀丽线虫行为学和细胞形态学的影响

采用角锥喇叭天线,使用不同输出平均功率的毫米波激光辐照秀丽线虫,采用实时显微摄像系统记录线虫行为学变化,并使用体视显微镜观察线虫细胞形态学变化。受照射后自由活动的秀丽线虫能够快速逃离高功率毫米波的辐照区域。当受输出平均功率为10 W和12 W辐照后,线虫先后出现运动速度增加、运动速度减慢直至身体僵直不动的变化过程。当输出平均功率为5 W时,线虫出现热耐受现象。细胞形态学观察结果显示:辐照后的线虫腹中卵细胞核结构出现不同程度的异常。高功率毫米波辐照可显著影响线虫的行为学特征及细胞形态学,同时说明秀丽线虫是可适用于高功率毫米波生物效应研究的模式生物之一。