旋磁非线性传输线原理分析和初步实验

作为一种特殊的宽带高功率微波源,旋磁非线性传输线(gyromagnetic nonlinear transmission lines,GNLTL)由于中心频率高、易于调频以及可以高重频运行等特点,得到了广泛的关注。为明确GNLTL的特殊工作机理,对比分析GNLTL与传统旋磁应用场景的不同之处。从微观磁化动力学入手,针对GNLTL产生微波的原因进行定性解释。搭建一套低功率的验证实验装置,重点针对实验场景构建、GNLTL设计进行介绍。实验得到微波信号的中心频率为750 MHz,3 dB波束带宽达12%,峰值功率为245 kW,初步验证了GNLTL的微波产生效果。

非线性传输线在DSRD脉冲电源中的应用

加速器技术的发展,对注入引出系统的kicker脉冲电源提出了新的技术要求。注入引出系统冲击磁铁不仅要求脉冲电压高,底宽达到ns量级,还对波形的稳定性和前后残余电压有很高要求。漂移阶跃恢复二极管(DSRD)因其速度快、工作电流大等优点,在ns级脉冲电源中应用前景广泛,但其工作过程中会存在预脉冲等使脉冲波形偏离理想形态的因素。基于一种已有的DSRD脉冲电源,使用非线性传输线对脉冲进行整形,同时对脉冲的前后边沿进行锐化,缩短脉冲边沿的时间,大幅减小脉冲前后的残余电压,提高电源的性能。完成了一台电源样机的设计和实验,实验结果表明,该样机在50Ω负载上产生的脉冲幅值约10 kV,前后边沿时间(10%~90%)约2 ns,底宽(3%~3%)小于8 ns。

非线性传输线中电容参数对孤子行为的影响

基于同伦分析法研究了非线性传输线系统中电容参数和谐振参数对体系孤子行为的影响,在弱非线性情况下将所得解与数值解进行对比,验证了系统的孤子行为。在强非线性情况下,通过考虑非线性电容表达式中各项参数的不同变化,找出孤子半峰全宽与这些参数的关系,表明可通过改变非线性电容表达式各项参数以及谐振参数,调控在非线性传输线中的孤子行为,也可以通过对谐振参数和非线性参数的调节,改变孤子解半峰全宽,实现对非线性传输线的非线性行为研究。

高功率激光装置中局部波前畸变的非线性传输

根据高功率激光装置中强激光束传输的特点，建立了描述光束通过光学元件时引入的局部波前畸变模型，并利用纹波传输的线性化处理方法，研究了带有局部波前畸变的高强度光束的传输规律。以一个连续的非增益激光介质为例，用该模型进行数值模拟，给出了不同空间尺度的局部波前畸变的频谱分布、不同空间频率的纹波引起的振幅非线性增长曲线、不同B积分的非线性增益随光束传输距离的变化曲线．光束振幅非线性增益达到最大时光束的传输距离和标准传输距离不同时由局部波前畸变引入的振幅分布。研究表明为了防止光学元件损坏，应避免光学元件表面出现半径为0．5～2．0mm的局部瑕疵。

强流脉冲束在螺旋管透镜中的非线性传输计算

为计算强流脉冲束在螺旋管透镜6维相空间中的非线性传输,用Visual Fortran 6.5语言设计了一个计算程序,计算由漂浮空间、螺旋管透镜等元件组成的束流光学系统。程序在计算非强流脉冲束流的线性传输时,粒子的轨迹通过矩阵的直接相乘计算得出;程序在计算强流脉冲束流的非线性传输时,需要考虑束流中的空间电荷效应对束流传输的影响,在束流运动过程中,空间电荷场也在不断地变化,而且粒子运动的轨迹与空间电荷势又是相互依赖的,因此需要求得一个自洽的解,先把元件分成若干均等的区间,把电流分成若干等份,后采用束流电流迭代与元件区间迭代的计算方法。程序运行结束时,横向和纵向相图以及束流光学系统的束流包络线可以在微机屏幕上直观地显示出来。

啁啾脉冲堆积宽带激光非线性传输时域调制特性

为避免时域调制增长形成的高强度时间尖峰对光学元件的损坏,数值研究了啁啾堆积脉冲宽带激光非线性传输的时域调制增长规律。结果表明:对于正常色散介质,子脉冲间干涉引入的时间调制与外加调制随着传输距离的增加,不断振荡减弱;相反,对于反常色散介质,无外加时间噪声时,堆积子脉冲间的相互干涉引入的时间调制有微弱增长,但当传输距离进一步增加时,子脉冲间干涉引入的调制可以获得快速增长;而当外加非线性最快增长时间调制时,时间调制发生迅速增长,具有破坏威胁的时间尖峰易于形成。

梯度折射率介质中高斯光束的非线性传输特性

利用无像差自聚焦理论研究了梯度折射率非线性 Kerr介质中高斯光束的传输特性 ,得到了高斯光束光斑半径和波面曲率半径的表达式。解析结果清楚地表明了衍射、自聚焦以及梯度折射率效应之间的竞争对高斯光束传输行为的影响。梯度折射率效应使光束自聚焦的距离缩短。

非线性传输线数值模拟方法

给出了模拟交叉耦合磁饱和非线性传输线的数值模拟方法,算法基于传输线各节点的时域差分方程组进行步进迭代,其中利用J-A模型描述传输线中铁氧体磁芯的非线性磁化行为。根据节点电路方程推导了非线性传输线色散关系,设计了输出频率为300 MHz的交叉耦合磁饱和非线性传输线,利用本数值模拟方法对交叉耦合磁饱和非线性传输线的物理过程进行了分析,在充电电压达到30kV时获得了频率303MHz、峰峰值不小于40kV的高压射频脉冲输出。

强流束在二极磁铁中的非线性传输—Lie代数分析(英文)

用Lie代数方法分析了带电粒子束在二极磁铁中的非线性传输,包含了空间电荷效应。粒子在相空间中的分布采用K V分布。轨迹分析的结果做到二级近似,根据需要,还可以扩展到三级或更高级近似。在分析中,将磁铁沿中心轨道分成若干小段。在每个小段上利用所得公式进行轨迹计算,得到自洽的解。然后重复此过程,作下一小段的计算,直到最后一个小段为止。

利用非线性传输线产生高功率射频场

根据孤立子理论,分析了利用变容非线性传输线产生射频场的机理。利用电路仿真方法系统地研究了影响射频场产生的相关参数,发现电感和零压电容越小、输入电压越大,射频场的频率越高;电容的非线性率越大,射频场的峰值电压越高、高频成分越多。并在此基础上,仿真设计了能产生峰值功率为0.8GW、主频为19.42MHz射频场的非线性传输线。

有振幅调制和位相畸变光束的非线性传输

从广义惠更斯菲涅耳衍射积分和Ｂ积分定义出发，并利用统计光学方法，对有振幅调制和位相畸变光束的非线性传输特性作了详细研究。

非线性传输线高功率实验

设计了基于交叉耦合铁氧体非线性传输线高功率射频微波产生系统,系统由脉冲形成线、非线性传输线以及高功率匹配负载(或组合振子辐射天线)组成。由100kV高压电源和高压微波电缆构成单传输线高功率脉冲形成线,形成线输出脉冲幅度35kV,脉冲半宽60ns。高压脉冲经过非线性传输线的脉冲压缩和调制,与高功率匹配负载相连时,实验得到了峰峰值31kV、中心频率308 MHz、3dB带宽为13%的射频振荡脉冲;与组合振子天线相连时,实验得到了中心频率380MHz、3dB带宽为12%的宽谱辐射。实验结果与数值模拟基本吻合。

啁啾脉冲堆积宽带激光非线性传输空间调制特性

为避免啁啾脉冲堆积宽带激光的空间调制对光学元件的损坏,数值研究了其非线性传输过程中时域调制对光束空间调制产生与增长的影响。结果表明:光束未叠加空间调制时,若B积分在实际工作范围内,堆积子脉冲间干涉引入时间调制外,叠加与未叠加时间调制,正反常色散情况下光束空间上均不会产生调制,因而也没有调制增长,然而,当B积分进一步增加时,光束空间将产生调制,并能快速增长;当光束引入空间调制后,在反常色散情况下,与时间未额外叠加调制相比,时间额外叠加调制时空间调制增长速度明显加快,而在正常色散时,额外添加时间调制与不添加调制,空间调制增长的差别很小。

强流脉冲束非线性传输的李代数分析

以磁四极透镜为例,用李代数方法分析强流脉冲的非线性传输。粒子在六维相空间中的分布取K-V分布。首先算出束流的空间电荷势,进而可以得到包含束流自场的粒子运动的Hamilton函数。再施加李变换,就可以得到粒子运动的各级近似解。给出二级近似下的结果,根据需要,还可以扩展到更高级近似。计算过程需要进行迭代,即根据每次算出的轨迹值,确定束团在三维实空间中的大小,然后计算束流的空间电荷势,再计算进粒子的轨迹。如此迭代,直到满足精度为止。

不同能量下环形高斯强激光光束在空气中的非线性传输

以线性传输模型为对比研究了不同初始能量的环形光束在空气中的非线性传输。结果显示,在传输初始阶段,非线性克尔效应减弱了线性空间啁啾导致的聚焦作用。线性聚焦使能量向光轴方向流动导致强光强核心,在光轴附近生成类高斯脉冲结构,增强了非线性自聚焦效应,导致光强急剧增加形成光丝。环形光束的初始能量的大小能够影响自聚焦焦距、光丝长度和光强通量。自聚焦焦距随着初始脉冲能量的增加而减小,但自聚焦焦距与初始功率的开方不成反比(这点与高斯光束不同)。光丝长度随着初始脉冲能量的增加而增加。轴上光强通量随初始脉冲能量的增加而增加。

非线性传输过程的线性算法

基于非线性薛定谔方程的线性化理论,发展了一种计算高功率激光非线性传输的线性算法,该算法在初始光束分布满足一定条件时对近场传输问题具有相当高的精度,计算速度比常用的分步傅里叶算法快2～3个数量级。

求解非线性传输线方程的简便方法

应用sine-cosine方法构造了非线性传输线方程的周期波解和孤波解.结果表明,sine-cosine方法是一种简便、有效的方法,并且可以用于求解其他非线性方程.

非线性传输线方程的几类显式精确解

应用试探函数方法求解非线性传输线方程.通过引入变换和选准试探函数,把难于求解的非线性偏微分方程化为易于求解的代数方程,然后用待定系数法确定相应的常数,从而简洁地求得了方程的精确解.

三阶色散对高斯脉冲在单模光纤中非线性传输特性的影响

应用变分法 ,研究了三阶色散对高斯脉冲在单模光纤中的非线性传输特性的影响 ,导出了高斯脉冲参数的演化方程组。在此基础上 ,讨论了三阶色散和初始啁啾对脉冲宽度的影响。

非线性传输线梳状谱发生器的设计

以非线性传输线(NLTLs)理论和孤子波理论为基础,仿真设计了一种非线性传输线梳状谱发生器。该梳状谱发生器由5段具有不同布拉格截止频率的NLTL级联而成。测试结果显示,该梳状谱发生器的10次谐波输出功率为4.2 dBm。本方法同传统方法相比,具有高次谐波输出功率大、电路结构简单、调试容易等优点。