太赫茲電子回旋脈塞器件研究.pdf

1、太赫茲波是介于遠(yuǎn)紅外與毫米波之間的一種電磁輻射，有非常重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值。電子回旋脈塞作為重要的太赫茲輻射源，具有高功率、高效率等特點(diǎn)，是目前太赫茲頻段內(nèi)輸出功率最大的輻射源器件，在太赫茲雷達(dá)、太赫茲成像、太赫茲通信、等離子體加熱等方面有著極大的應(yīng)用前景。美國、俄羅斯、德國、日本都對太赫茲電子回旋脈塞投入了大量的人力物力開展研究。目前，我國太赫茲電子回旋脈塞的研究尚處于起步階段。本文對太赫茲回旋脈塞器件開展了相關(guān)研究。主要研究工作有：

2、
　　 ⑴對太赫茲電子回旋脈塞器件的電子光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了研究。為0.22THz、30kV回旋管設(shè)計(jì)了8Tesla強(qiáng)脈沖磁場與電子槍，實(shí)驗(yàn)證明該脈沖磁場可以獲得8Tesla以上的強(qiáng)脈沖磁場，電子槍可以產(chǎn)生引導(dǎo)半徑為1.15mm的環(huán)形電子注。根據(jù)9.2Tesla超導(dǎo)磁場分布，為0.22THz、60kV回旋管設(shè)計(jì)了電子槍。并且為了開展同軸腔雙電子注回旋管，作者提出了兩種雙電子注磁控注入式電子槍，分別命名為Normal Two-Beam

3、Magnetron Injection Gun（NTBMIG）和Coaxial Two-BeamMagnetron Injection Gun（（CTBMIG），提出了設(shè)計(jì)模型，并進(jìn)行了模擬研究，模擬結(jié)果表明這兩種電子槍可以為同軸腔雙電子注回旋管提供所需的兩根電子注。
　　 ⑵對太赫茲回旋單腔管進(jìn)行了研究，根據(jù)回旋管的線性理論以及非線性理論設(shè)計(jì)了0.22THz、30kV回旋單腔管、0.22THz、60kV回旋單腔管以及頻率大于0

4、.4THz的二次諧波回旋單腔管。
　　 ⑶對太赫茲回旋返波管進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了TE03模的前向輸出式回旋返波管與后向輸出式回旋返波管，并分別進(jìn)行了模擬研究，模擬結(jié)果表明這兩只回旋返波管振蕩器都能獲得帶寬大于1GHz的連續(xù)可調(diào)的kW級(jí)以上的功率輸出，前向輸出式回旋返波管的互作用效率大于后向輸出式回旋返波管，但后向輸出式回旋返波管的結(jié)構(gòu)更為簡單。
　　 ⑷為研究太赫茲回旋放大器的新工作機(jī)理，降低所需的工作磁場，對諧波回旋速調(diào)

5、管開展了理論研究，主要研究了諧波回旋速調(diào)管的優(yōu)化問題。通過數(shù)值計(jì)算得到當(dāng)諧波回旋速調(diào)管工作在振蕩區(qū)時(shí)，其基波、二次諧波、三次諧波、四次諧波的橫向互作用效率最高分別可達(dá)到93.9％、88.2％、81.8％、62.7％；當(dāng)諧波回旋速調(diào)管工作在放大區(qū)時(shí)，其基波、二次諧波、三次諧波、四次諧波的橫向互作用效率分別可達(dá)到55％、40％、30％、15％。結(jié)果將有助于諧波回旋速調(diào)管設(shè)計(jì)參數(shù)的選取，以及互作用效率優(yōu)化的分析。此外還對太赫茲回旋放大器的輸出

6、腔進(jìn)行了仿真研究。
　　 ⑸參與了0.22THz、30kV脈沖磁場回旋管振蕩器與0.22THz、60kV超導(dǎo)磁場回旋管振蕩器的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建與實(shí)驗(yàn)研究。30kV、0.22THz脈沖磁場回旋管振蕩器實(shí)驗(yàn)獲得0.22THz～0.234THz、11.5kW的輸出。0.22THz、60kV超導(dǎo)磁場回旋管振蕩器獲得0.2281THz、26.5kW的輸出，并且通過調(diào)節(jié)工作電壓與工作磁場，獲得了約0.423THz、4.4kW的二次諧波輸出，這是