THz双光栅绕射辐射器件高频系统研究

摘要

THz波所具有的独特性质，使其在诸多领域都拥有着巨大的发展前景，被誉为改变未来世界的十大技术之一，被认为是下一代IT产业的基础。THz波段是人类完全认识和利用的最后一个电磁辐射频段，也被称为“THz空隙”(THz Gap)。但是，由于缺乏有效可行的THz辐射源以及检测手段，使得目前THz技术的发展和应用受到很大的局限。相对于利用半导体材料等其它技术产生THz波， THz真空电子器件有望在提供较高输出功率的同时保持紧凑结构。而基于光栅结构的绕射辐射振荡器件正是一种新型的THz波辐射源器件，由于兼有结构紧凑、频率覆盖广、工作电压低及易加工等特点，受到高度的关注，已成为THz辐射源器件中的热点研究领域。　　论文在总结了THz绕射辐射源器件发展现状的基础上，针对双开槽型的双光栅绕射辐射振荡器结构进行了深入的研究。首先，利用矩形波导谐振腔理论对振荡器的开放式谐振腔结构进行了分析，并利用数值计算对其进行了验证与进一步的研究，给出了一组针对三倍波长深度光栅槽结构的修正公式。其次，对绕射辐射振荡器中两种工作模式的工作条件进行了分析，并对双光栅各结构参数对其色散特性的影响进行了研究。　　最后，在以上分析与计算的基础上设计了300GHz双开槽型双光栅绕射辐射振荡器的结构及工作参数，并利用三维粒子仿真软件进行了数值计算与优化。通过分析振荡器的数值计算结果，可以看出:300GHz双开槽型双光栅绕射辐射振荡器在保持了结构紧凑的前提下，所产生的300GHz连续输出信号具有很好的频率单一性及稳定性，达到了瓦级的功率输出。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 THz绕射辐射器件的研究意义

1．2 THz绕射辐射振荡器的发展现状

1．2．1 奥罗管工作原理

1．2．2 奥罗管的发展状况

第二章 双开槽准光学谐振腔的高频特性计算

2．1 球柱形开放式准光学谐振腔

2．1．1 开放腔内模式分布的计算

2．2 双开槽准光学谐振腔结构

2．2．1 谐振腔结构的高频特性分析

2．2．2 计算模型

2．2．3 谐振模式的计算

2．2．4 分布模式对电子注利用率的影响

2．2．5 光栅槽深度的影响

2．3 小结

第三章 振荡器高频结构特性分析

3．1 绕射辐射工作模式分析

3．1．1 Smith-Purcell辐射波的产生

3．1．2 绕射辐射模式工作条件分析

3．2 双光栅高频结构的“冷”色散特性

3．2．1 准周期法计算色散特性

3．2．2 对色散特性计算的验证

3．2．3 结构参数对色散特性的影响

3．3 小结

第四章 300GHz振荡器注波互作用计算

4．1 计算模型

4．2 工作参数设计

4．3 数值计算结果

4．3．1 信号输出及场分布

4．3．2 均匀聚焦磁场的影响

4．3．3 电子注电压的影响

4．3．4 振荡器中的模式竞争

4．4 小结

第五章 总结与展望

5．1 主要工作与创新

5．2 不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况