高功率毫米波绕射辐射振荡器高频特性研究-强激光与粒子束.PDFVIP

　第 16 卷 　第 4 期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol. 16 ,No. 4 　 　2004 年 4 月 HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS Apr. ,2004 　 ( ) 文章编号 : 2004 高功率毫米波绕射辐射振荡器高频特性研究 王浩英 , 　梁 　正 , 　杨梓强 ( 电子科技大学 物理电子学院, 四川 成都 610054) 　　摘 　要 : 　讨论了高功率毫米波绕射辐射振荡器的高频特性 。利用线性理论和 PIC 模拟相结合的方法对 ( ) 器件的高频特性进行了比较仔细的分析。分析结果表明 ,合理地选择电子注的参量 电流、电压 及高频结构的 ( ) 尺寸 波纹深度、半径、周期等 可以获得较高的输出功率并且具有较好的频谱纯度。 　　关键词 : 　绕射辐射振荡器 ; 　波纹波导 ; 　色散曲线 ; 　谐振频率 ; 　PIC 模拟方法 　　中图分类号 : 　O413 ; 　TL56 　　　　文献标识码 : 　A 　　本文分析基于 SmithPurcell 效应的高功率毫米波绕射辐射振荡器 ,振荡器的高频结构利用波纹圆波导结 构作为绕射光栅 ,采用开放式谐振腔[1 ] 。 　　毫米波段的高功率振荡器通常具有很大的横向尺寸 ,并且工作在高次模式。因此 ,为了实现器件的高次单 模工作 ,就必须解决器件中的模式竞争问题[2 ] 。本文分析一种绕射辐射振荡器的高频结构 ,让其工作在 8mm 波段 ,输出功率达几百 MW 。利用线性理论和 PIC 模拟相结合的方法对振荡器的高频特性进行了比较仔细的 分析。首先分析了高频结构参数对器件特性的影响 ,进一步模拟了不同结构参数的器件中注波互作用的非线 ( ) 性过程 ,给出了器件的工作频率和输出功率。分析结果表明 ,合理地选择电子注的参量 电流、电压 及高频结 ( ) 构的尺寸 波纹深度、半径、周期等 可以获得较高的输出功率并且具有较好的频谱纯度。 1 　慢波结构及冷腔色散特性 　　本文所研究的相对论毫米波绕射辐射振荡器 ,采 用如图 1 所示的慢波结构。波纹波导为圆柱对称 ,波 ( ) ( ) 纹呈正弦变化且满足 : R z = R0 + hcos k0 z ,式中 R0 π 为波导的平均半径 , h 为波纹深度 , k0 = 2 / z0 是波纹 Fig. 1 　Slow wave structure and beam model 波数 ,z0 为波纹周期长度 。