加载环形等离子体束的圆柱波导中慢等离子体波高频特性的数值研究

等离子体相对论微波发生器(PRMG)可以产生宽带高功率微波输出,同时又具有良好的频率可调谐性,因此在雷达、通信、电子对抗和物体探测等诸多领域均具有良好的应用前景。PRMG通常采用加载环形等离子体束的圆柱波导作为其波束互作用区,工作模式为慢等离子体波TM_(01)模(下称P-TM_(01)模)。P-TM_(01)模的色散特性及其变化规律对PRMG输出性能有着重要影响。利用全电磁粒子模拟程序对加载环形等离子体束的圆柱波导中P-TM_(01)模的色散特性和场分布进行了粒子模拟和分析,获得等离子体束密度n_(p)、径向厚度Δr_(p)和径向位置r_(p)以及外加引导磁场强度B_(z)和波导半径r_(w)等参数对P-TM_(01)模的色散特性和场分布的影响规律。主要研究结果包括:(1)一定范围内,n_(p)和Δr_(p)的变化对色散特性影响较大,r_(p),B_(z)和r_(w)的变化对色散特性影响较小。值得关注的是,由于波导中环形等离子体束的存在,随着波导半径r_(w)的增加,相同纵向波数k_(z)对应的P-TM_(01)模的频率没有降低而是略有提高。因此,在实际应用时,可以适当加大波导径向尺寸以提高器件功率容量;适当降低磁场,则有利于提高器件的紧凑性。(2)P-TM_(01)模的纵向电场的方向不随径向位置变化,径向电场的方向在等离子体束内外两侧相反,外侧的场分布与同轴波导中TEM模相似。(3)主要物理参数变化时,场分布基本特点不会改变。但随着纵向模式数N和k_(z)相应增加,电场能量向等离子体束收拢,不利于波束相互作用和电磁场的耦合输出。因此为了PRMG的高效运行,束波互作用的共振点最好落在k_(z)相对较小的区域。上述研究结果对PRMG的设计和优化具有一定的理论参考价值。

等离子体波改变太阳成分

日冕是由炽热而稀薄的等离子体构成的光晕,围绕着太阳向外延伸,通常被太阳表面或光球层的强光所掩盖,但在日蚀期间可见。日冕中的化学元素含量与太阳其他部分不同。意大利国家天体物理研究所(INAF)的Mariarita Murabito及其同事进行的测量表明。

6G无线通信THz电子学、光子学、等离子体波器件及应用的新进展(续)

移动通信技术已成为现代智能信息网络发展的带动的重要技术之一。继sub-6 GHz和毫米波频段的5G移动通信成为当今移动通信的发展主流之后,预计以亚THz/THz频段的6G移动通信将于2030年到来。综述了用于未来6G无线通信的THz电子学、光子学、等离子体波器件及应用的新进展。综述并分析了当今THz器件与电路以及典型应用的关键技术的发展现状与趋势,包含真空电子领域的行波管、碰撞雪崩渡越时间(IMPATT)二极管、THz谐振隧穿二极管(RTD)、THz肖特基势垒二极管(SBD)、THz CMOS、THz SiGe BiCMOS、THz InP HEMT/InP HBT、D波段GaN HEMT、光子学辅助的太赫兹波技术、石墨烯为代表的二维材料器件与电路。THz器件的应用创新重点包含四个方面:通道测量与建模、多输入多输出(MIMO)天线阵列、智能可重构反射阵列以及通信局域网络架构和实验平台。

6G无线通信THz电子学、光子学、等离子体波器件及应用的新进展

移动通信技术已成为由现代智能信息网络发展带动的重要技术之一。继sub-6 GHz和毫米波频段的5G移动通信成为当今移动通信的发展主流之后,预计以亚THz/THz频段的6G移动通信将于2030年到来。综述了用于未来6G无线通信的THz电子学、光子学、等离子体波器件及应用的新进展。综述并分析了当今THz器件与电路以及典型应用的关键技术的发展现状与趋势,包含真空电子领域的行波管、碰撞雪崩渡越时间(IMPATT)二极管、THz谐振隧穿二极管(RTD)、THz肖特基势垒二极管(SBD)、THz CMOS、THz SiGe BiCMOS、THz InP HEMT/InP HBT、D波段GaN HEMT、光子学辅助的太赫兹波技术、石墨烯为代表的二维材料器件与电路。THz器件的应用创新重点包含四个方面:通道测量与建模、多输入多输出(MIMO)天线阵列、智能可重构反射阵列以及通信局域网络架构和实验平台。

光纤表面等离子体波传感器的温度特性的研究

本文从粒子振动的角度讨论了光纤表面等离子体波传感器对于温度的敏感特性。对于金属 /介质的表面等离子体波传感器 ,在界面处产生的等离子体振动实质是大量电子的集体振荡。在某一特定的波长的P光激励下 ,电子吸收了光子的能量而改变了原来的运动方式 ,当激励的光信号与电子群的固有振荡频率一致时 ,大量的电子振动变为一种谐振。由于界面处的电子密度与温度是密切相关的 ,不同的温度时密度不同———温度越高 ,电子的密度越大 ,而电子群的集体振荡又与电子的密度密切相关。所以温度的变化将对等离子体的共振频率产生非常重要的影响。利用了这一效应来补偿环境介质的温度变化 ,可以克服环境温度对测试所带来的影响。此外 ,本文也讨论了采用光纤SPW传感器可以进行多参数的测量。

表面等离子体波共振与常规检测技术的联用

表面等离子体波共振(SPR)是被入射电磁波所激发、存在于金属和电介质界面上电荷密度振动的谐振波。SPR是一种消逝场光学成功应用的典范,它具有体积小、分辨率高、无需标记、抗电磁干扰能力强等特点。本文介绍了SPR与电化学方法(循环伏安法、溶出伏安法)、光学方法(荧光光谱、红外光谱)、质谱和石英晶体微天平等其它常规检测技术联用的研究进展,与其它常规方法联用能进一步提高分析能力,可弥补彼此的不足。本文还特别详细说明了部分电化学方法、干涉测量法与表面等离子体波共振联用的优势及不足。

光纤表面等离子体波传感器的理论研究

利用光纤表面等离子体共振 (SPR)技术设计了光纤表面等离子体波传感器 .该传感器与传统棱镜SPR传感器相比有很多优点 .由于引入了光纤结构 ,SPR传感器的计算变得相当复杂 .此前 ,由于不能准确计算 ,其设计主要依赖于经验 ,从而严重影响了所设计的传感器的性能 .根据光纤SPR传感器的特点 ,在一定条件下把斜线作为子午线来处理 ,推导了光纤SPR传感器中总反射系数的计算公式 ,实现了对光纤SPR传感器的理论计算过程 ,同时与实验结果进行了对比 ,结果表明理论计算结果与实验相吻合 ,从而为系统地分析光纤SPR传感器的性能提供了一个有效的手段 ,并且为实际设计光纤SPR传感器提供了理论依据 .

多通道光纤表面等离子体波共振传感器研究

研究了一种采用2×n型特种耦合器构建的多通道光纤表面等离子体波共振(SPR)传感器模型。应用空分复用原理和多层膜反射理论分析了SPR共振效应在若干光纤探针中连续被激励的基本原理。数值模拟和实验结果表明,研制的双通道光纤SPR探针能够达到与常规单通道探针相同的检测灵敏度。这种新型多通道传感模型的特点在于,各通道探针特性可根据待测检测目标进行选择替换,通道数目可以根据实际待测参量进行调节,并适用于对处于不同空间位置目标液体参量进行检测的情况。

离子通道电子束回旋脉塞的等离子体波效应

研究了离子通道回旋电子束脉塞(ICECM)中的等离子体波非线性效应。利用流体理论与自洽非线性理论方法对ICECM中等离子体波效应的微观机理进行了分析。研究发现,等离子体波加强了电子束的纵向群聚,束-波互作用的能量交换效率及系统增益得到明显提高。数值模拟计算表明,对于中等等离子体密度、1.5kA电流和1MV加速电压的电子束,系统能够获得的脉冲功率和频率分别为200MW和280GHz的毫米波束。

光纤表面等离子体波传感器中共振波长的理论计算

光纤SPR传感器是一种新型传感器 ,可在多个领域实现远距离实时在线监测。根据表面等离子体波的共振条件计算了光纤SPR传感器的关键参数———共振波长 ,并且给出在一定条件下传感器的最大量程。为光纤SPR传感器的设计提供了有力的工具。

介质保护膜在表面等离子体波探测器中的应用研究

基于表面等离子体波共振技术的探测器中金属膜通常与被探测物直接接触 ,在金属膜和被探测物之间增加一层介质膜 ,可以对金属膜进行保护 .为了优化探测器的设计 ,通过对四层共振结构中表面等离子体波共振吸收峰随保护层厚度及其介电常数变化的计算 。

激光等离子体共振吸收中等离子体波对电子的加速

用二维多时标全电磁模相对论粒子模拟程序，对共振吸收中等离子体波的激发，电子的加速以及超热电子的产生进行了模拟计算。

电子平行金属表面运动激励表面等离子体波研究

从麦克斯韦方程组出发,结合边界条件,理论分析了电子平行金属表面运动所激励的表面等离子体波的色散关系等特性,分别讨论了匀速电子在金属块和金属薄膜上方运动激励表面等离子体波的两种情况。并结合粒子模拟仿真,对理论分析进行了验证。

光纤表面等离子体波传感器测量液体折射率的研究

针对表面等离子体波共振现象产生的原理和激发条件进行了阐述。通过自行设计的一套光纤表面离子体波传感器测试系统 ,测定了从 0 %～ 70 %的不同浓度甘油水溶液折射率与共振波长的关系 ,实验结果具有较好的重复性并和理论分析相吻合。由此得到一种基于光纤SPR传感技术的液体折射率测量方法。

等离子体波摆动器中电子运动的混沌特性

本文用Ｐｏｉｎｃａｒｅ截面及Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数两种方法，研究了新型的等离子体波摆动器中电子运动的混沌特性。结果表明，当摆动器强度增大时电子从规则运动向混沌状态发展，这是提高自由电子激光输出功率时必须解决的一个重大课题。

表面等离子体波光纤传感器应用于复合材料固化监测的研究

对适用于机敏结构的表面等离子体波光纤传感器进行了初步的研究。将这种光纤传感器埋入复合材料结构就构成了所谓机敏结构。这种机敏结构既可进行复合材料的固化监测,又可进行应变检测。有利于传感器数量的减少和布置的简化,减少了传感元件的埋入对结构本身性能的影响。可以充分发挥光纤传感器对结构进行全过程监测的优点,具有广泛的应用前景。

光致表面等离子体波技术及其应用

激光和金属表面的作用可以形成表面等离子体波 (SPW) ,基于SPW技术发展了许多探测和加工技术 .本文主要介绍激光和金属表面作用产生表面等离子体波的机制以及SPW技术在一些领域的最新应用情况 ,例如精密角度传感器。

束-等离子体放电中低频等离子体波的非稳定性研究

本文采用非中性冷等离子体模型,研究了沿磁场入射的电子束和等离子体相互作用引起的低频等离子体波的非稳定性。计算表明,在束-等离子体放电情况下,振动频率和增长率都随电子束密度增加而增加,当束电流一定时,它们随l增加而略有增加。l=1时其频率数量级与离子迴旋频率相同。l≥3时,振动频率几乎不随k_z变化,其振动频率和增长率数量级与低混杂振荡频率相同,实质是低混杂漂移非稳定性。理论结果与实验一致。

表面等离子体波传感器角度敏感特性的研究

研究了表面等离子体波共振(SPR)光谱对入射光角度变化的敏感特性,提出了对共振波长和共振强度进行双参数检测的方法。理论分析和实验表明,共振波长和共振强度同时对入射角度的微小改变非常敏感,且相互之间具有良好的对应关系。通过选择合适的棱镜、金属薄膜、调制层等结构参数,能有效地调整角度敏感的范围和灵敏度。

应用于折射率检测的光纤表面等离子体波传感器的研究

光纤表面等离子体波传感器具有结构简单、灵敏度高等特点 ,在机敏结构中具有非常重要的应用前景。运用光纤表面等离子体波来测量折射率是一种简便、灵敏的方法 ,我们可以利用这一特性制作出通过检测折射率对复合材料进行固化检测的光纤表面等离子体波传感器。