電漿填充THzCherenkov源的機理研究

《電漿填充THzCherenkov源的機理研究》是依託中國海洋大學，由王浩英擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：電漿填充THzCherenkov源的機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王浩英
• 依託單位：中國海洋大學

中文摘要

本項目提出了環形電子注激勵具有軸向磁化簡併電漿棒的圓柱慢波系統產生THz波段Cherenkov輻射的新構想。通過理論分析與三維粒子模擬仿真相結合，分析該慢波結構中電磁波的特性及其注波之間互作用的物理機理，研究該慢波系統中TM模式的色散關係，探討環形電子注與電磁波互作用產生THz波段Cherenkov輻射的線性增益。本項目的研究成果對於發展Cherenkov型的THz輻射源具有重要的理論意義。

結題摘要

項目背景： THz技術的研究主要圍繞三大部分內容展開：THz產生源、THz探測和套用研究。目前最大困難之一還是沒有高功率攜帶型連續可調的成本較低的THz發射源。本項目提出利用電子注激勵電漿填充的周期性金屬圓柱慢波系統產生THz波段Cherenkov輻射源，課題研究成果將為發展THz波段Cherenkov輻射源奠定理論和技術基礎。 主要研究內容：①建立磁化等離子柱填充的周期性盤荷載入圓柱慢波結構的電子注及電磁波互作用物理模型，採用場匹配理論，結合HFSS仿真分析軸向磁化簡併電漿填充變形盤和慢波系統的冷腔色散曲線、計算耦合阻抗。 ②利用線性理論給出熱腔色散曲線和波的增長率曲線，分析電子注位置（在電漿柱內部和外部）、電子注電壓等因素的變化對波增長率的影響。 ③在理論分析與仿真研究的基礎上，採用粒子模擬軟體，進行粒子模擬研究，詳細了解這種結構中產生THz頻段Cherenkov輻射的特性，研究電漿填充情況下注波之間互作用的物理過程和機制，分析等離子載入對器件性能的影響。 重要結果：①隨著波紋波導平均半徑的減小，色散曲線越來越尖銳；隨著波紋幅度和周期的增加，色散曲線變得越平坦，但是波紋周期的改變對器件的調諧影響很小因此，設計慢波結構的尺寸時，合理選擇結構參數非常重要。 ②隨著電子注電壓和電流的增大，波的增長率也在增大，而且工作頻寬也在增大；當電子注越靠近波導壁，注波互作用越有效，當re＞0.05cm時，波的增長率迅速增大，工作頻寬明顯增大。 ③有電漿填充時的輸出功率比沒有電漿填充時的輸出功率有所提升。加了反射器的結構中，輸出功率比沒有反射器的結構有所提升。 關鍵數據：慢波結構參數：r0=0.1cm,h=0.02cm,z0=0.08cm 電子注參數： re=0.05cm,I=5kA,U=5kV 科學意義：太赫茲技術的提出和發展在中國僅有10幾年的時間，國內開展太赫茲源研究的單位僅局限於幾家，本課題的研究成果對國內發展Cherenkov型的THz輻射源具有重要的理論指導意義。