太赫兹返波振荡器的PIC仿真

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1、中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences硕士学位论文太赫兹返波振荡器的PIC仿真2013年4月ThePICsimulationofTHzBWOADissertation／ThesisSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofPhysicalElectronicsInstituteofElectronicsApril，2013研究成果声明本人

2、郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国科学院电子学研究所或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：有飞日期：弘}弓．6．芎关于学位论文使用权的说明本人完全了解中国科学院电子学研究所有关保留、使用学位论文的规定，其中包括：①电子所有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②电子所可以采用影印

3、、缩印或其他复制手段复制并保存学位论文；③电子所可允许学位论文被查阅或借阅；④电子所可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文：⑤电子所可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。．签名：茸℃日期：扣J3、6、乡翩虢＼夸2。、3、G．6摘要太赫兹波段的电磁波因为其在电磁波谱中较为特殊的位置决定了其具有其他波段电磁波所不具备的优越的性能。这些优越的性能使得太赫兹技术在近年来备受关注。太赫兹的研究的初步成果表明，太赫兹科学技术可以在国家安全，国民经济建设等诸多领域中发挥重要作用。太赫兹成像技术和太赫兹波谱技术已经在物理学、化学、生

4、物医学、天文学、材料科学和环境科学等方面显露了巨大威力。但是，处于发展之中的太赫兹科学技术依然存在不少问题没有能够很好的解决，其中太赫兹源的设计问题是阻碍太赫兹科学技术发展的瓶颈。为此世界各国无不大力投入研制太赫兹源。本论文所做的工作即是在这方面的一个探索。本论文研究了矩形波导光栅，对于矩形波导光栅的色散特性进行了详细的分析，求出了矩形波导光栅中的电磁场分布。在此基础上，设计了基于矩形波导光栅中的返波振荡器作为太赫兹源，实现了在太赫兹频点的信号输出，并比较了漂移段位于慢波线不同位置对于功率输出的影响，以便确定漂移段的最佳位置。通过本论文的研究，主要得

5、到以下成果与结论：(1)求解麦克斯韦方程组得到矩形截面金属慢波周期结构中栅格部分和真空中的电磁场分布。根据不同媒质分界面上电磁场切向连续条件得到矩形波导光栅色散方程并对色散方程进行了数值计算得到色散曲线。文中较为详细的分析了结构参数变化对色散曲线的影响。由数值计算的结果可以知道，随着栅格深度增加以及周期长度减小都将导致电磁波相速度减小。(2)通过将电子注视为一种媒质，推导得到带电子注的复数色散方程。(3)由前面求解得到的色散曲线，设置了返波振荡器的几何参数。随后用PIC软件验证了所设计的返波振荡器的输出信号功率，频率。关键词：太赫兹，矩形波导光栅，慢

6、波结构，返波振荡器abstractResearchonbackwardwaveoscillator、Ⅳitlldriftingregion(PhysicalElectronics)DirectedbyProfessorWangYongandLiuWenXinAbstractTerahertzElectromagneticWavehassuperiorperformanceowingtoitsspecialpositionintheelectromagneticspectnun．Terahertztechnologyhasattractedmuchco

7、ncerninrecentyears．ThepreliminaryresultsofthesestudyshowedthattheTerahertzscienceandtectmologyCanplayanimportantroleinnationalsecurity,nationaleconomicconstructionandmanyotherfields．Te袖ertzimagingtechnologyandterahertzspectroscopyrevealedtheenormouspowerinphysics，chemistry,bio—

8、medicine，astronomy,materialsscience，andenvironmentalsc