高次谐波太赫兹准光回旋放大器仿真设计研究

摘要

太赫兹波是指在0.1THz~10THz范围内的电磁波，具有高分辨率、超宽带等优点。回旋行波管是以电子回旋脉塞效应为基础的高功率电真空器件，准光回旋行波放大器是以准光波导作为互作用结构的放大器。由于工作在基次谐波时，回旋行波管对工作磁场要求较高，选取高次谐波可以有效地解决此问题。回旋行波管选取二次或三次谐波是相对适合的。
　　本文所采用的是准光波导做互作用结构，研究的是工作在二次谐波的回旋行波放大器。主要工作如下：
　　1、对准光腔结构进行理论分析及研究。对准光腔中的高斯波束进行研究，推导出了腔体中高斯波束方程并得到准光腔中电磁场分布。分析了腔体中的衍射损耗对不同模式不同，并比较了圆波导与准光波导中的模式稀疏度。给出了选择工作模式时需要考虑的一些因素。
　　2、从基本的回旋管动力学理论出发，并得到电子回旋脉塞的色散方程。对准光腔腔体仿真，然后对各个结构参数不断优化，确定最终数值。对输入结构进行设计，采用标准的WR8波导。基于几何光学的方法设计输出耦合度端，将准光波导中的HE06模转换成矩形波导模。
　　3、首先研究了工作在基波的0.14THz的回旋行波放大器。分析出准光截断结构能够使放大器进行稳定的工作，在输入功率1W时，得到1.25kW的输出功率，最大增益达到31dB。
　　4、在基次谐波的基础上研究工作在二次谐波的0.14THz的回旋行波放大器，设计结构，对三维模型进行粒子模拟，优化结构参数与各个电参数。在输入功率3W时，仿真得到了382W的功率输出，最大增益21dB，并有3.2GHz的带宽。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 太赫兹技术

1.2 太赫兹辐射源的发展情况

1.3 回旋行波放大器取得成果

1.4 电子回旋脉塞

1.5 本论文研究内容

第二章 准光波导的理论设计及特征分析

2.1 引言

2.2 傍轴波动方程

2.3 准光波导中的高斯波束方程

2.4 准光波导的衍射损耗

2.5 本章小结

第三章 0.14THz高次谐波准光回旋放大器的结构设计

3.1 引言

3.2 回旋管的动力学理论

3.3 0.14THz回旋行波放大器设计

3.4 输入结构设计

3.5 输出段设计

3.6 本章小结

第四章 0.14THz高次谐波准光回旋放大器的粒子模拟

4.1 粒子模拟介绍

4.2 0.14THz准光回旋行波放大器的粒子模拟

4.3 高次谐波准光回旋行波放大器的粒子模拟

4.4 各参数对注波互作用的影响

4.5 本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 主要工作和创新点

5.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻硕期间的研究成果