一种准光模式变换器的设计和实验

准光模式变换器是实现高功率回旋管高效输出的重要部件。该文针对140 GHz,TE_(28,8)模回旋振荡管研制,开展以Denisov型辐射器和3个准光镜面构成的准光模式变换器设计与实验研究。利用标量衍射法优化辐射器辐射口径处的场分布,其与理想高斯场之间的矢量相关性为96.2%;基于几何光学和高斯波束匹配方法设计了聚焦镜面与波束整形镜面,采用3维全波分析软件Surf3D获得各个镜面上及输出窗处的场分布,对所设计的镜面系统进行了仿真验证,在输出窗处获得了高斯模式含量为96.67%的输出波束,整个模式变换器的功率转换效率为93.98%。以自行研制的TE_(28,8)模激励器作为准光模式变换器的输入,通过对模式变换器转换性能仿真结果验证,在严格控制加工精度及装配和实验过程的基础上,完成了准光模式变换器转换性能的冷测实验。实验结果表明,设计和实验具有合理的一致性,可以作为准光模式变换器工程应用设计和验证手段。

140 GHz回旋管高转换效率准光模式变换器设计研究

成功实现高转换效率的140 GHz TE22,6准光模式变换器原型设计。基于周期微扰原理设计Denisov辐射器,实现低边缘绕射的初级出射波束。针对三镜面光路系统,采用全矢物理光学积分作为主要计算手段,围绕主极化场分量进行三级相位修正面迭代优化,实现高出射高斯纯度的模式场转换,其中一级镜的修正有效改善了辐射器出射的不理想性。基于全矢数值仿真确认,相比原二次曲面原型设计,相位修正后的变换器系统的出射高斯纯度从92.7%提高到99.6%,结合98.8%以上的功率传递效率,实现了性能优越的高阶回旋管准光模式变换器原型设计。