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0.26 THz光子晶体回旋振荡器的研究

【摘要】:近年来,太赫兹波的优良特性逐渐吸引人们的眼球,太赫兹技术得到广泛研究,太赫兹辐射源更是其中重点之一,如何获取高功率、高频率的太赫兹波是个重大的技术挑战。基于电子回旋脉塞机理的回旋管是一种拥有巨大开发潜力的太赫兹辐射源,为了提高工作频率、降低磁场需求,回旋管一般处于高次谐波状态,此外为了增大功率容量,其通常以高阶模式运作。但是回旋管工作在此状态下,存在其他的竞争模式,严重影响回旋器件的性能,对同时提高回旋器件的输出功率等技术指标造成巨大障碍。采用光子晶体结构为有效解决这些问题提供了可行的方案。光子晶体是一种具有空间周期性的结构,对该结构作特殊处理,处在禁带内特定模式的电磁波不能向外传播,而其它模式的电磁波可以向外辐射,具有很好的模式选择性,可以解决回旋管工作于高阶模式引发的诸多问题。因此,研究光子晶体回旋振荡器具有重要意义。本文通过对光子晶体回旋管的理论和模拟分析,研究了一种0.26 THz光子晶体回旋振荡器设计与实现方法,主要内容包括:1、基于麦克斯韦方程组,利用固体物理学晶格理论分析介质和金属材料晶格的带隙性质,利用PWM方法获得不同晶格在不同介质、不同占空比下的TE波和TM波的带隙图,通过软件仿真获得介质为无氧铜材料的正三角晶格TE波的全局带隙图。2、利用等效半径方法,根据介质为无氧铜正三角圆柱TE波的全局带隙图,得到在不同结构时,禁带中出现的模式分布情况,本文选取模式间隔度较大、角向对称的TE_(04)模为工作模式,通过软件仿真获得光子晶体谐振腔内该模式的场分布,分析腔体品质因数等参数在不同介质材料下的变化情况。根据电磁波理论确定工作频率为0.26 THz时的回旋管的起振电流、工作磁场等参数,并对比工作于该模式的普通波导谐振腔的竞争模式及起振电流情况。3、应用磁控注入式电子枪理论,根据以上相关参数,利用软件优化设计了一种横纵速度比为1.33,引导中心半径为0.97 mm的双阳极磁控注入式电子枪。

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