高次諧波太赫茲迴旋管研究

《高次諧波太赫茲迴旋管研究》是依託電子科技大學,由袁學松擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高次諧波太赫茲迴旋管研究
• 依託單位：電子科技大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：袁學松

項目摘要

隨著太赫茲科學技術的迅速發展，太赫茲輻射源已成為制約太赫茲科學技術發展的瓶頸，特別是大功率高效率太赫茲輻射源。真空電子學太赫茲輻射源特別是太赫茲迴旋管作為目前1.3THz以下千瓦級以上輸出功率的輻射源器件受到了各國的廣泛重視，並得到了快速的發展。對於太赫茲迴旋管其關鍵技術難題就是降低工作磁場，如1THz迴旋管對應一次諧波工作磁場約40Tesla。如果採用s次諧波，則只需要（40/s）Tesla的工作磁場，然而採用高次諧波則會帶來嚴重的模式競爭。因此研究高次諧波太赫茲迴旋管中的模式競爭就成為研製太赫茲迴旋管的核心技術問題。本項目針對上述問題將對高次諧波（s≥3）太赫茲迴旋管核心技術進行詳細研究，採用將三維電磁仿真軟體與傳統迴旋管非線性理論相結合的新方法，研究能夠有效抑制模式競爭的特殊高頻諧振系統和其對應所需的電子光學系統，探索研究適合於高次諧波太赫茲迴旋管工作的技術途徑。

結題摘要

課題組按照項目研究計畫要求圓滿完成項目研究任務，圍繞高次諧波太赫茲迴旋管關鍵技術開展了理論和前期實驗研究，具體包括： 對高次諧波太赫茲迴旋管起振電流、工作磁場、引導中心半徑、工作電壓、工作電流等關鍵參數進行研究，分析大迴旋三次諧波太赫茲迴旋管的單一模式工作。採用粒子模擬軟體分析研究陰極區的幾何結構，發射帶半徑，發射電流密度，會切磁場的大小以及位置等對電子槍的性能的影響，設計出符合要求的大迴旋電子槍。 對近軸小迴旋電子注情況下的模式競爭進行研究，分析不同引導中心半徑情況下的高諧波工作模式，同時對用於產生近軸小迴旋電子注的高磁壓縮比磁控注入式電子光學系統進行了研究。研究結果表明採用近軸小迴旋電子注來抑制模式競爭是可以實現三次諧波太赫茲迴旋管的單模振盪。 對一種特殊橫截面諧振腔即波瓣波導諧振腔太赫茲迴旋管進行研究，分析了波瓣波導諧振腔模式分布規律，選取最佳高階模式以克服模式競爭。研究了波瓣諧振腔三次諧波太赫茲迴旋管，獲得該迴旋管的起振電流、耦合係數以及注-波互作用效率等重要參數。在此基礎上發展了任意橫截面波導諧振腔太赫茲迴旋管非線性理論。採用外部場導入方式編寫了任意橫截面波導諧振腔太赫茲迴旋管非線性計算程式，該程式模組解決了特殊橫截面波導諧振腔迴旋管的最佳化設計問題。 選擇近軸小迴旋電子注激勵三次諧波太赫茲迴旋管作為最優方案開展重點研究。通過選用更小半徑陰極來獲得近軸小迴旋電子注，為此課題組對場致發射冷陰極電子槍進行細緻研究，因為冷陰極電子槍中陰極半徑可以做到毫米量級以下。圍繞這一方向開展相關冷陰極場致發射特性及電子光學的理論和實驗研究，成功研製出國內外首隻納米冷陰極磁控注入式電子槍，並獲得電子槍的束斑。 發表期刊論文17篇（含錄用1篇），SCI檢索期刊11篇，EI檢索期刊12篇，會議論文8篇，申請發明專利2項，培養碩士研究生3名。