《基於束-電漿虛陰極鏈的太赫茲輻射》是依託四川大學，由唐昌建擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於束-電漿虛陰極鏈的太赫茲輻射
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：唐昌建
- 依託單位：四川大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
太赫茲（THz）是介於光子學與電子學、經典與量子的過渡區域，具有學科交叉性和挑戰性極強並蘊藏著十分重要的科學價值。由於THz的成像和波譜學技術在多個技術領域具有科學前沿的套用，因而如何根據不同技術用途對THz源開展有針對性的研究，是THz科學的重要內容。項目首次提出基於束-電漿虛陰極鏈THz輻射的物理思想，並結合國際、國內和課題組近期的研究成果闡述了項目的科學背景和依據，進而給出了理論與實驗兩部分的研究內容：電子束在不同氣壓和不同氣體組分情況下動態載入電漿的模擬；束-電漿系統電磁不穩定性以及相關不穩定性的競爭；耦合與輻射機制；虛陰極鏈的相干性；束-電漿虛陰極鏈THz輻射的非線性理論以及電漿電子槍陰、陽極的結構參數最佳化；束-電漿虛陰極鏈THz輻射的實驗系統構建以及相關的驗證性實驗。通過上述研究，為新一類由電漿虛陰極鏈驅動的THz源提供理論與實驗支撐。
結題摘要
高頻（太赫茲到X射線頻率）強電磁輻射源在軍事、科研、工業等領域具有極為重要的套用前景。由於電子束、電漿、波相互作用誘發的高頻強電磁輻射源具有功率閾值高、寬譜，緊湊且體積小、重量輕等優點，因而近年來關於該型輻射源的基礎物理研究受到國際廣泛關注。項目組緊密圍繞束-電漿相互作用產生虛陰級鏈並誘發太赫茲輻射的物理機制開展了深入研究，提出了一些重要的學術觀點並取得一系列重要成果，得到同行的廣泛認可，為推進新型束-電漿高頻強電磁輻射源的實用化作進程出了重要貢獻。 項目研究總體分為理論模擬與實驗部分。理論模擬部份重點描述了束－電漿系統中虛陰極形成的物理原因及條件，包括束流在電漿中傳輸的自聚焦過程粒子模擬和束、電漿、波三者互作用激發的電磁不穩定性。線性部分由解析理論描述，非線性部分由粒子模擬給出。研究使我們清楚認識到，具有不同的系統參數時，系統激發高頻電磁輻射的物理機制不同。比如，束密度與電漿密度存在不同大小關係時，系統將體現強離子通道效應與電漿尾場效應。又如，當束的經度與電漿波長相比大、或者小許多時，對應的理論處理方法也不一樣。報告中，比較詳細介紹了這些理論。在實驗方面，成功設計出一套束-電漿輻射裝置，在該套裝置中，沒有額外增加電子槍部分，使得整體裝置非常緊湊。利用這套裝置開展了一系列實驗，實驗的結果讓我們欣慰：與理論的預期很好吻合，其裝置已申請發明專利。這一系列實驗的開展為新一類電漿高功率太赫茲源的研究提供了實驗支撐。相關重要結論如下： 1.束－電漿系統的束自聚焦並形成虛陰極鏈，是系統產生電磁輻射的基礎。 2.束－電漿系統具不同參數時，系統激發電磁輻射的物理機制呈多樣性。 3.由電漿子體密度所確定的電漿頻率，是電磁輻射的基波頻率，實現太赫茲輻射對應的電漿密度在10的22次方／立方米量級。 4.電磁輻射譜由電漿密度的分布決定。
