AN INNER-FEEDBACK-STYLE TRAVELING-WAVE TUBE OSCILLATOR

A new concept of inner-feedback-style traveling wave tube oscillator, which is based on a traveling-wave tube having a partial reflector located at near the junction between the slow-wave structure and the output coupler and a mechanical tuner connected to the input coupler, is proposed. Simulations by CHIPIC code show that the inner-feedback-style traveling wave tube oscillator having 100W of power, about 10% of electron efficiency and a tunable band of 73.35-73.91 GHz may be achieved. Compared with Backward Wave Oscillators (BWOs), the new devices have similar ability for tuning, and have much higher electron efficiency, suggesting much more potential as a Terahertz source.

太赫兹折叠波导慢波结构止带振荡器

为实现太赫兹新频段的开拓,满足太赫兹应用对实用化功率源的需求,研发了太赫兹折叠波导慢波结构止带振荡器。器件工作在慢波结构的止带附近,利用高耦合阻抗的特点,完成强注波互作用,实现大功率、小尺寸的太赫兹源。实验验证的振荡器样管采用了折叠波导慢波结构,工作电压为23.1 kV,工作电流为150 mA,在振荡频率为124.45 GHz时,最大脉冲输出功率达到32 W。实验结果表明,该器件适于作为开拓新频段的探索,能够满足高功率、窄带宽需求的太赫兹应用。

太赫兹波在二维正方晶格光子晶体中的传播特性

本文用平面波展开法研究了太赫兹波（THz）在二维正方晶格光子晶体中的传播特性。分析了晶格常数为a=0.1mm的正方晶格介质柱二维光子晶体,在0~1.8THz频段范围内,通过数值计算,发现当介质圆柱半径r=0.2a时,E偏振出现最大绝对光子带隙,带隙位于0.283-0.400THz,带隙宽度为0.117THz,相应的带隙波长范围为84.9μm至120μm,处于THz波段,并分析了随着相对介电常数差值的增大出现的TM带隙宽度增大。研究结果为THz器件的开发提供了理论依据。

太赫兹波在二维光子晶体中的传播特性

为了得到太赫兹波在二维三角晶格光子晶体中的传播特性,利用平面波展开法数值模拟了三角晶格能带结构和态密度分布,得出E偏振当填充率f=0.9069和H偏振f=0.7346时出现最大光子带隙,在f=0.8358出现最大完全光子带隙。计算表明,增加介电常数的差值,太赫兹波在三角晶格光子晶体中传播的带隙增加了,光子晶体态密度的分布验证了存在光子带隙的范围。研究结果为太赫兹波器件的开发提供了理论依据。

太赫兹波在光子晶体波导中的带隙特性研究

为了得到太赫兹波在二维三角晶格光子晶体中的传播特性,研究了填充比、介电常数比、晶格常数三个主要因素对二维三角晶格完全禁带的影响。利用MATLAB软件分别优化计算得到填充比、介电常数比、晶格常数最大完全禁带,以及对应结构参数之间的关系。带隙随着填充比的变化而变化,而对于相同晶格结构,介电常数比越大,完全禁带宽度越大,晶格常数不同,禁带宽度也不同。光子晶体态密度的分布验证了存在光子带隙的范围。研究结果为太赫兹波器件的开发提供了理论依据。

太赫兹波在二维三角晶格光子晶体中的传播特性

用平面波展开法研究了太赫兹波在二维三角晶格光子晶体中的传播特性。数值计算了以硅为背景的空气圆柱构成的二维三角晶格光子晶体的能带结构和态密度,计算表明r=0.50a和r=0.46a时,E偏振和H偏振分别出现最大光子带隙,带隙宽度分别0.1097THz和0.1935THz,在r=0.48a出现最大完全光子带隙,带隙宽度为0.0759THz,光子晶体态密度的分布也表明了存在光子带隙的范围,研究结果为太赫兹器件的开发提供了理论依据。

真空电子器件的新机理研究

本文对近年来真空电子器件研究中出现的一些新概念、新设想进行了介绍和评述。随着毫米波(mmW)和太赫兹(THz)频域的进一步开拓,对工作在这些频域真空电子器件的频率、功率、带宽、效率和微制造提出了更高的要求。带状电子注和多电子注是提高器件功率的重要途径;光子带隙技术和真空电子器件的结合为新型器件的发展提供了新的方法;陶瓷行波管的研制给我们带来全新的概念,特别是纳米真空三极管和光三极管概念的提出,为真空电子器件回归数字电路技术展示出令人鼓舞的前景。

太赫兹波在光子晶体中的传输特性

为了研究太赫兹波在2维正方晶格光子晶体中的传播特性,利用平面波展开法数值模拟了光子晶体能带结构和态密度分布。计算表明,E偏振当填充率f=0.6362和H偏振当填充率f=0.7845时出现最大光子带隙,在f=0.7791出现最大完全光子带隙;增加介电常数的差值,也增加了太赫兹波在正方晶格光子晶体中传输的带隙;光子晶体态密度的分布验证了存在光子带隙的范围。研究结果为太赫兹波器件的开发提供了理论依据。

太赫兹波段光子晶体传输特性的研究

为了得到光子晶体太赫兹波段的传输特性,研究了晶体材料和晶体类型两个主要因素对传输特性的影响。利用MATLAB程序分别优化计算得到宽禁带和窄禁带光子晶体材料的最大完全带隙以及不同晶格结构和最大完全带隙之间的关系。对于相同晶格结构,带隙随介电常数比增大,对于不同晶格结构,三角晶格形成的最大带隙最大,最后根据太赫兹波的性质设计了太赫兹传输器件。研究结果为太赫兹波器件的开发提供了理论依据。

基于聚酰亚胺基底的太赫兹滤波器

超材料是通过人工方式做成的具有特殊电磁特性的亚波长周期性金属结构,通过合理的设计样品结构,可以实现自然界中传统材料无法实现的电磁现象。超材料可以广泛用于电磁隐身、完美吸收、负折射率等研究领域,近些年,随着太赫兹技术的发展,太赫兹超材料器件被广泛研究。由于硅(Si)对于太赫兹波的透过率较高,通常选取Si作为基底材料。但Si硬度较高、不易弯曲且易碎等缺点限制了THz超材料的应用。聚合物材料聚酰亚胺具有柔性,作为基底,克服了传统硅基底的缺点,透过率可以与Si匹敌,而且其表面光滑,适合传统光刻技术加工。对聚酰亚胺在太赫兹波段光学性质的测试结果表明,此种材料的折射率在1.9左右,透过率达到80%以上。设计了一种双开口谐振环结构,研究了其太赫兹波透射性质以及随太赫兹波的入射角度和样品曲率的变化规律,发现透射峰强度和峰位均不发生改变。此结果展示了将平面滤波延伸到曲面滤波领域的可能性,若将聚酰亚胺基底做薄,为今后太赫兹频段隐身衣的研究提供基础。将不同结构的两种样品叠加在一起制成宽谱滤波器,50%的带宽达到181GHz。此种宽带滤波器制作简单,滤波效果显著,为太赫兹波段宽带滤波器的制作提供一种新思路。

三重晶格光子晶体方形点缺陷缺陷模特性研究

文中提出一种新型三重三角晶格光子晶体,应用平面波展开法(PWM)分析其带隙结构,应用时域有限差分法(FDTD)研究方形点缺陷的尺寸和旋转角度对缺陷模特性的影响。仿真结果表明,该光子晶体的光子禁带处于THz波段范围内,且禁带宽度很宽,达到0.195 62。当方形点缺陷旋转角度为10°时,改变点缺陷尺寸,此时缺陷模个数发生变化,并且随着点缺陷尺寸的增大,缺陷模波长往长波长方向移动;当方形点缺陷边长为22.5μm时,改变点缺陷旋转角度,此时缺陷模位置基本不变,但是缺陷模个数发生变化。

三角晶格太赫兹波光子晶体波导的带隙特性

用平面波展开法研究了三角晶格太赫兹波(THz)光子晶体波导的带隙特性。分析晶格常数为α=0.1mm的三角晶格硅介质柱二维光子晶体,通过数值计算,当填充率在f=0.801时,H偏振和E偏振出现重叠的最大绝对光子带隙,研究结果为三角晶格太赫兹波光子晶体波导器件的开发提供了理论依据。

周期结构GaAs晶体ps脉冲差频产生窄带THz辐射的研究

计算模拟了在ps脉冲抽运周期结构GaAs晶体差频产生窄带THz波过程中,对于不同波长、不同脉宽的抽运光,周期结构GaAs晶体的走离长度和最佳周期长度的变化,并对计算结果进行了理论分析.研究了周期结构GaAs晶体的畴数对THz波光谱的影响.根据GaAs晶体温度色散公式,计算并分析了晶体最佳周期长度的温度调谐特性,研究了温度变化对THz波光谱的影响,提出了通过温度调谐实现在周期结构GaAs晶体中产生宽调谐、窄带宽THz波的新方法,该计算结果为下一步的实验研究提供了理论基础.