新型准光学谐振腔及其在电子学中的应用研究

本文详述刘盛纲教授为首的研究小组对所提出的新型特殊准光腔进行的系统的理论与实验研究。介绍新型准光腔在电子学中的应用，尤其是新型准光腔功率合成，准光学毫米波讯号注入器等。研究表明，新型准光腔在开拓毫米波、亚毫米波频谱、发展大功率毫米波电子学中有重要科学与应用价值，在其它一些领域也可能有应用潜力。

百年电子学——纪念真空电子管发明一百周年

电子学的崛起、发展和广泛应用是20世纪最伟大的科学技术领域之一。在电磁波理论和自由电子发展的基础上,1904年出现了第一只真空二极电子管,一般认为这标志着电子学的诞生。电磁波频谱资源的开发和利用是电子学发展的基础和动力。从电磁频谱统一的观点看,光已经象微波一样进入到电子学的领域,成为无线电电子学中不可分割的组成部分。电子学的基本任务是:研究带电粒子流与电磁场相互作用的物理概念和物理过程,以及利用相互作用的不同物理机制实现粒子与场之间能量有效转化的方法和条件。从电子器件的观点看,电子学可分为真空电子学与固态电子学;而从电子运动规律的观点看,现代电子学将处理自由电子,准自由电子和束缚电子的运动规律及其与电磁场的相互作用。1958年,电子学领域出现三个重要发现和发明:集成电路、激光和相对论自由电子的回旋辐射。相应的,半导体电子学(微电子学)、激光电子学和相对论电子学等现代电子学领域则发端于此。电子器件小型化、微型化、功能集成化将电磁频谱的开拓和占领推向光波和红外毫米波。

等离子体阴极电子枪的实验研究

填充等离子体高功率微波器件具有独特的性能 .然而等离子体正离子对电子枪的轰击通常会破坏材料阴极表面并降低其电子发射能力 .解决此问题的一种新方案是采用等离子体阴极电子枪 .本文设计制作了等离子体阴极电子枪 ,采用氦气馈气系统和脉冲调制器进行实验研究 ,得到电子枪放电电流与气体压强、调制器电压等的关系 .实验表明 ,等离子体阴极可取代材料阴极作为大电流、长脉冲电子注源 .

相对论电子注与等离子体柱互作用产生微波辐射的研究

本文利用线性理论，对相对论电子注与等离子体柱互作用产生微波辐射进行了研究，且考虑了纵向均匀磁场的作用．研究表明，由于纵向均匀磁场的作用，互作用在等离子体柱中产生的Ｅ模和Ｈ模场相互耦合而不可区分；导出了去耦合条件和去耦合下的Ｅ模色散方程，并对其进行了详细的计算和分析．

静电电子回旋脉塞的理论研究(英文)

本文报道了一种用于静电电子回旋脉塞研究的新方法.我们把引入的新函数称之为电子换能函数,对静电回旋行波管进行了分析.数值计算结果表明,在静电行波管中有角向群聚产生,并且在电子与高频场的互作用过程中,电子不仅将动能给予高频场,同时与高频场之间有势能交换.

正交场间隙中电子束动力学行为的研究

用一维粒子模拟的方法对正交场平板二极管间隙中电子束的动力学行为进行了研究，模拟结果表明：注入电流存在着一个临界值，当注入电流超过这个临界值时，电子束的行为将由层流态变化到扰动态。当考虑相对论效应时，这种由层流态到扰动态的中间过程较为明显，且电流临界值突然下降。

回旋管双阳极磁控注入电子枪的设计

根据回旋管对电子枪的要求，设计了该双阳极磁控注入电子枪。给出了电极形状、电子轨迹与电子注参量。这种电子枪具有速度零散小、层流性较好、体积小等特点。

单阳极磁控注入电子枪的设计

该单阳极磁控注入电子枪是为 8mm永磁包装回旋振荡管设计的。首先利用绝热理论和角动量守恒理论进行了初始的电极参数设计 ,其次讨论和选取数值计算方法 ,然后利用自编的程序进行数值计算和优化 ,同时讨论了空间电荷的影响和速度零散的改善 ,最终得到最佳的电极和电子注参数。该电子枪已经应用于制管实验中。

电子注在等离子体中的运动及传输特性

从填充等离子体微波管漂移空间电子运动轨迹方程出发，详细阐述了α区和β区电子注的聚束性能，电子围绕平衡半径在α区和β区交替波浪式前进，波纹的周期和幅度与等离子体密度和电子运动速度有关，此外，对弱加速场电子传输性能的研究表明，调节等离子体参数、电压和场强。

磁自聚焦电子注的空间轨迹及传输特性

本文给出了充等离子体微波管漂移区电子运动的空间轨迹方程，据电子运动特性沿径向将空间划分为三个区域．利用数值方法分别求解非相对论和相对论条件下的空间轨迹，并详细阐述了注的传输特性，讨论了影响电子注传输质量的因素研究表明，适当选择等离子体填充因子和工作电压可实现磁自聚焦电子注的高效高质量传输．

高电流低气压等离子体阴极电子枪设计与实验

设计了一种新型的高功率低气压等离子体电子枪。基于空心阴极效应和低压辉光放电原理与经验．确定了空心阴极、加速间隙、工作气压范围等。提出关于等离子体阴极电子枪产生高功率、高密度电子束源的整体方案。分别在连续馈气和脉冲馈气条件下进行实验测试，得到放电电流、收集极电流与气压、脉宽及调制器电压的关系。实验获得电子枪的典型放电电流为150～200A，脉宽60ps；传输电子柬达到30～80A，脉宽60ps。该结果表明该新型等离子体阴极电子枪可以取代材料阴极作为大电流、长脉冲电子束源，特别适用于等离子体加载微波管。

强流相对论电子束的纵向自群聚

当一束强流相对论电子束穿过一系列等距离排列的等电位导体，如导电箔或导电栅网时，由于空间电荷效应，将在纵向形成周期性空间电荷静电场．此强电场将使强流相对论电子束纵向群聚．本文对这一非线性物理过程进行了理论分析和粒子模拟计算．基于此物理机理，有可能研制出一类新型的高功率微波器件．

回旋管双阳极磁控注入电子枪分析与数值计算

根据回旋管对电子枪的要求 ,考虑相对论效应和空间电荷效应 ,编制了一套大型的计算程序 .利用计算机辅助设计 ,计算出了电极形状、电子轨迹与电子注参量 .计算表明 ,这种电子枪具有速度零散小、层流性较好、体积小等优点 .

电子束在等离子体微波器件中的脉动

对填充等离子体漂移空间小脉动电子束进行了近似分析，对大脉动电子束进行了较精确的计算，结果表明虽然α区和β区束的脉动性能各不相同，但幅度和波长均受限于电子入射的初始条件和等离子体参数，当其它条件给定后存在一最佳等离子体填充密度。

170 GHz回旋管大束流双阳极磁控注入电子枪的分析及设计

基于绝热压缩原理和强流电子光学理论,设计了一只170GHz回旋管双阳极磁控注入电子枪,经过理论分析及计算,采用仿真软件进行模拟和优化,最终得到的电子枪的电子注速度比为1.31,横向速度零散度为3.5%,纵向速度零散度为6.1%,束电流为51A。讨论了阴极磁场、控制阳极电压和第二阳极电压等因素对电子注性能的影响,发现电子注的速度比和速度零散度对这些影响因子的变化都非常敏感:随着阴极磁场的增大,电子注的速度比减小,纵向速度零散度先增大后减小,横向速度零散度先减小后增大;阳极角越接近阴极倾角,纵向速度零散度越小;阳极角向着减小阴阳极间距的方向变化时横向速度零散度变小;增大第一阳极电压可以增大电子注的速度比和电子注的速度零散度。在两阳极电压不变的情况下,增大阴阳极之间的距离会使电子注的速度零散度和电子注的速度比减小。

相对论Klystron双流放大器电子注的成形

相对论双流放大器是一种结构简单、高效率的高功率微波器件。其作用机理是沿同一方向传播的两束同心的环形电子束之间的双流不稳定性。这种双流不稳定性导致两个电子束之间的能量交换 ,最后由输出腔变成微波放大输出。相对论双流放大器成功的关键之一就是同一方向传播的两束同心的环形电子束的成形 ,利用 MAGIC粒子模拟程序 ,对相对论双流放大器电子注的成形进行了粒子模拟。通过粒子模拟 。

无引导磁场电子注的空间电荷波

本文导出了无外磁场电子注在等离子体约束下其上传播的空间电荷波波动方程，详细讨论了该条件下的波特性，并对等离子体频率降低因子进行了分析．研究表明，等离子体填充状况对空间电荷波性质影响甚大，选择等离子体填充因子可对空间电荷波性质进行适当的控制．

电子束与等离子体互作用产生的宽带微波辐射

近年来，电子束与等离子体互作用产生高功率宽带微波辐射，由于其具有可调谐等优点而受到国际上的普遍关注。这一互作用过程的辐射机制目前大致分为等离子体辐射和电子束辐射两大类。本文在简介了有关实验情况后，对几种辐射机制，包括逆Ｃｏｍｐｔｏｎ散射、孤立子场中群聚电子的辐射、非线性等离子体电流引起的辐射等作了评述。

自由电子激光放大实验的准光腔毫米波信号注入器

本文提出了一种用旋转柱形三反射镜准光腔作为自由电子激光放大实验系统的毫米波信号能量注入器主体的注入装置。理论和实验研究表明,该注入器具有模式单一、注入效率高(49.3％)、单向传输性好(定向传输)和有良好的单色性等一系列显著的优点。

楔型发射体真空微电子三极管的计算机模拟

本文利用广泛使用的ＰＩＣ（ｐａｒｔｉｃｌｅ－ｉｎ－ｃｅｌｌ）粒子模拟软件ＭＡＧＩＣ模拟了楔型场致发射真空微电子三极管的一个单元的特性。该单元由一个模型场致发射体、栅极和阳极组成。研究了栅极电压、阳极电压和发射体顶点半径等对发射电流的影响。给出了一个典型的楔型场致发射真空微电子三极管，当其阳极电压为５００Ｖ，阳极与阴极相距４μｍ时的电子轨迹图。模拟结果表明场致发射的阳极开启电压为２５０Ｖ。并得到了三极管高频工作时动力学特性。