FEL太赫兹源低损耗光腔与传输系统研究

摘要

基于自由电子激光技术的太赫兹源，具有输出功率高、波长大范围内连续可调、光束品质好等优点，是实现可调谐、高功率太赫兹源的最佳途径之一。光学谐振腔是自由电子激光装置中的重要组成部分，为实现太赫兹波在光学谐振腔内的振荡放大，最终达到高功率的饱和输出，必须使得光学谐振腔内的单程增益大于光学谐振腔内的损耗，因此设计低损耗的光学谐振腔是获得太赫兹高功率输出的关键。
　　针对太赫兹波段的特点，为了提高增益、减小损耗，在传统开放式光学谐振腔基础上全程加入了波导约束结构。论文重点研究了波导约束结构下光学谐振腔内存在的传播模式、波导内的传输损耗以及波导与自由空间的耦合损耗问题；同时针对太赫兹波在大气环境中传播时衰减严重的问题，分析设计了低损耗的高功率太赫兹光束传输系统。
　　首先，论文针对实际项目中所设计的波导约束光学谐振腔结构，分别详细计算分析了波导的欧姆损耗和渐变波导部分的反射损耗，并结合HFSS仿真软件进行对比验证，结果表明所设计的波导约束结构在太赫兹波段的波导传输损耗可以近似忽略。
　　然后，论文采用模式分解法分析了波导端口与反射镜之间的耦合损耗问题，研究了最小耦合损耗与最佳反射镜曲率半径之间的关系，并结合实际空间尺寸的限制设计了一个在50μm-100μm范围内耦合损耗都足够小的反射镜。通过对波导约束下光学谐振腔结构的耦合损耗的相关计算与分析，使得光学谐振腔的损耗符合低损耗要求，同时为设计影响增益的电子束、波荡器等参数提供了参考依据。
　　最后，论文针对所产生的太赫兹波需要远距离、低损耗传输问题，基于高斯光束传播的相关性质，设计了一个低真空、低损耗的高功率太赫兹光束传输系统，仿真分析了50μm-100μm范围内的太赫兹光束经过该系统的束斑半径变化，确认其光束品质可不受影响。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究状况

1.3 研究目的、意义及主要研究内容

2 波导内传输损耗的计算与分析

2.1 引言

2.2 波导的欧姆损耗

2.3 渐变波导传输损耗

2.4 小结

3 波导与自由空间耦合损耗的计算与分析

3.1 引言

3.2 模式分解法的理论计算与分析

3.3 仿真结果与分析

3.4 反射镜的设计

3.5 小结

4 高功率太赫兹波光束传输系统设计

4.1 前言

4.2 高斯光束传输特性

4.3 传输系统的管道

4.4 真空窗

4.5 聚焦透镜

4.6 传输系统整体框图及分析

4.7 小结

5 总结

5.1 主要完成的工作

5.2 可能存在问题及改进措施

致谢

参考文献