太赫兹波段Smith-Purcell辐射的介质加载光栅高频特性

提出了一种用于Smith-Purcell效应器件的介质加载光栅慢波结构,通过研究该结构的注-波互作用过程,推导出带电子注的色散方程,并数值求解出波的线性增长率.利用色散方程,结合电磁场传播的边界条件,推导出Smith-Purcell效应振荡器工作所需的起振电流.详细研究了高频结构长度、电子注主要参数和介质相对介电常数对起振电流的影响,并与普通金属光栅结构进行了比较.结果表明:保持其他参数不变时,高频结构长度越短,起振电流越大;保持高频结构参数不变时,起振电流随电子注厚度和注-栅距离的增大而增大,随电子注电压的增大而减小;与金属光栅相比,介质的引入提高了注-波互作用的增长率,有效减小了振荡器的起振电流.理论计算结果与软件CHIPIC的模拟结果比较符合.

介质加载光栅Smith-Purcell效应自由电子激光器三维小信号理论

本文基于介质加载光栅慢波结构,用场匹配法推导了有限厚度、填充比不为1(电子注宽度与光栅宽度比值s/w)情况下结构的热色散方程。数值计算出热色散方程的复数解,求出线性增长率。讨论了电流不变和电流密度不变两种情况下,电子注填充比s/w对峰值增长率的影响。结果表明:当电流不变时,s/w小于0.1时,峰值增长率随其增大而迅速增大;s/w大于0.1时,峰值增长率随其增大而减小。当电流密度不变时,峰值增长率随s/w的增大先增大后减小。

介质加载复合光栅结构的色散特性研究

提出了一种用于Smith-Purcell器件的介质加载金属光栅周期慢波结构.通过采用本征函数法和单模近似法求解了介质加载金属光栅的"热"色散方程,在同步点得到了注-波互作用的一阶和二阶增长率,分析了光栅槽宽和槽深对色散特性的影响,并研究了电子注参数及其与光栅表面距离等主要参数对增长率特性的影响.结果表明:通过介质加载金属光栅有利于减弱色散,随着介质相对介电常数、槽宽度以及深度的增大,色散曲线变平缓且向低频区移动;当电子注参数变化时,一阶增长率曲线从整体上粗略地描述增长率变化趋势,二阶曲线则更精细地描述增长率相应值的变化.利用软件MAGIC对该结构的色散特性进行了二维模拟,模拟结果与理论计算值符合良好.

太赫兹波段Smith-Purcell辐射的消逝波特性研究

文中在太赫兹频率波段呈现了三维介质加载光栅(DLG)的Smith-Purcell(SP)辐射的消逝波的模拟。消逝波提供反馈来约束电子束,这是SP自由电子激光器(FEL)振荡原理的基础。将从PARTICLE-IN-CELL(PIC)代码获得仿真结果并与三维金属光栅进行比较,结果表明DLG的采用可以增强消逝逝波,从而进一步改善注-波的相互作用。