基于史密斯帕塞尔辐射的准光腔器件研究

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS（电子科技大学图标）论文题目基于史密斯帕塞尔辐射的准光腔器件研究学科专业电子科学与技术学号201521040605作者姓名冯楠轩指导教师宫玉彬教授电子科技大学学位论文分类号密级注1UDC学位论文基于史密斯帕塞尔辐射的准光腔器件研究（题名和副题名）冯楠轩（作者姓名）指导教师宫玉彬教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业电子科学与技术提交论文日期20183.30论

2、文答辩日期20185.4学位授予单位和日期电子科技大学2018年6月日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。TheStudyofquasi-opticalcavitydevicebasedonSmith-purcellradiationAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaDiscipline:ElectronicScienceandtechnologyAuthor:FengNanXuanAdviso

3、r:Prof.GongYuBinSchool:SchoolofElectronicScienceandEngineering电子科技大学学位论文摘要摘要太赫兹是指频率处于频率为0.1THz~10THz之间的电磁波。太赫兹科学技术在多个领域具有极其广泛的应用前景。然而现在太赫兹频段应用的一个主要问题就是缺乏大功率、紧凑的太赫兹源。本文面对太赫兹辐射源十分缺乏的现状，采用了理论结合粒子模拟的方法，对两种基于史密斯帕塞尔辐射的器件进行了系统的研究。本文的工作主要如下：1.对史密斯帕塞尔辐射和史密斯帕塞尔相干辐射进行了理论和仿真研究。研究

4、了获得90度方向的相干辐射的条件，并比较了单双电子束对相干辐射强度的影响，发现采用双电子束可以明显增强相干辐射的强度为单电子束相干辐射的3倍。2.提出了一个双电子束激励的利用共焦开放式准光学谐振腔的基于史密斯帕塞尔相干辐射的振荡器。仿真结果表明利用光栅的表面波调制双电子束产生周期的电子束团，周期电子束团可以有效激励起史密斯帕塞尔相干辐射，并且在腔内形成稳定的模式。3.通过数值仿真，比较了双电子束共焦开放式准光腔和平板开放式准光腔的优劣。发现共焦腔的储能可以提升至平板腔的7倍而Q至可以提升18.5%。最后研究了双电子束共焦开放式准光

5、腔振荡器的工作，此器件可以在较低的输入电压14.8kV和束电流密度20A/??2的情况下来获得太赫兹波段的输出，其频率为0.35THz。4.研究了一种基于史密斯帕塞尔辐射的新型振荡器Obictron。对Obictron谐振腔的设计方法，进行了深入研究，研究了通过单周期结构来计算整个谐振场分布的方法。对其谐振腔参数对的场型的影响进行了仔细的研究，得到获得想要的谐振腔，并且提出了可以能方便耦合双电子束的谐振腔型。5.对Obictron器件的工作模式和工作原理进行了详细的研究，研究了计算此结构色散特性的方法。然后通过对注波互作用进行的研

6、究，设计了37.5GHz和340GHz两种振荡器，对于37.5GHz振荡器，其输出功率可以达到18W，电子效率可以达到5%，并且其表面波模式竞争和输出频率都符合前面的高频计算预期。采用缩尺法得到了340GHz的模型，得到338GHz的太赫兹输出，其电子效率可以达到2%。研究表明通过改变电子束的位置和电压可以激励其他高次模式，在此基础上器件对器件的工作原理进行了更深入的探讨。关键词：史密斯帕塞尔辐射效应，史密斯帕塞尔辐射相干效应，双电子束，太赫I摘要兹振荡器，IIAbstractAbstractTerahertzreferstoan

7、electromagneticwavewhosefrequencyisbetween0.1THzand10THz.Terahertzscienceandtechnologyhaveextremelywideapplicationprospectsinmanyfields.However,amajorproblemintheapplicationoftheterahertzisthelackofhigh-power,compactterahertzsources.Inthispaper,facedwiththeveryscarcit

8、yofterahertzradiationsources,amethodcombiningtheoryandparticlesimulationwasadoptedtosystematicallystudytwodevicesbasedonSmit