资源描述：
《等离子体-腔混合模耦合腔行波管非线性注-波互作用分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第16卷 第11期强激光与粒子束Vol.16,No.112004年11月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSNov.,2004文章编号:100124322(2004)1121429205等离子体2腔混合模耦合腔行波管X非线性注2波互作用分析李建清, 江丽军, 莫元龙(电子科技大学物理电子学院,四川成都610054) 摘 要:用模式展开的方法分析了等离子体2腔混合模耦合腔行波管的非线性注2波互作用过程,导出了其考虑相对论效应的非线性注2波互作用自洽工作方程组。用格林函数法求解各向异性背
2、景等离子体(介电常数张量)下的空间电荷场。编写了计算机模拟软件,用来分析等离子体2腔混合模耦合腔行波管的增益、效率、输出功率、瞬时带宽等重要的非线性特性,计算结果表明:工作在等离子体2腔混合模式下的耦合腔行波管,瞬时带宽达到20%～30%,效率达到50%以上。 关键词:耦合腔行波管; 等离子体2腔混合模; 空间电荷场; 非线性注2波互作用; 各向异性等离子体 中图分类号:TN128文献标识码:A 在等离子体填充的耦合腔行波管中,当等离子体密度达到或超过一定值后,腔模和周期不均匀波导内的等[1～3]离子体
3、模相互重叠而耦合出等离子体2腔混合模。工作在等离子体2腔混合模式下的耦合腔行波管,工作特性大大优于真空时的情况。文献[1]和[2]利用Л.А.Вайнштейн的谐波展开法分析了等离子体填充的耦合腔行波管的空间电荷场效应,研究结果表明:在等离子体填充情况下,空间电荷场前面的降低因子可能为负值,因此本质上改变了空间电荷场对电子注群聚的影响,使得空间电荷场有利于注2波互作用,引起输出效率饱和位置提前,饱和值增加。本文从泊松方程出发,用格林函数法分析耦合腔行波管中填充各向异性背景等离子体时的空间电荷场效应。1 非线
4、性互作用方程组[3] 当耦合腔行波管的电子通道内填充等离子体并形成混合模G1和G2后,它们是沿着电子注通道传播的,所以注2波互作用过程是连续地而非周期性地进行的,因此其非线性互作用的理论分析可借鉴连续互作用行波[4～6]管的分析方法来进行。1.1 归一化和运动坐标系 为了方便后面的分析和讨论,采用以电子注平均直流速度v0运动的坐标系为运动坐标系,引入如下的归ωθ1eEjθ/Cijθ/C3一化变量:θ=Cz=Cβez,φ=ωt=2πft,Φe=φ-,F=2e,I=e,Γ0=α0+jβ0,Cv0CCmωv0I
5、0I0Kc0′′′1v0′α0=,r=b-jd,b=(-1),d=,其中θ为轴向归一化距离,Φe为直流电子相位(波相位),F4V…0Cvp0βeC′′为归一化慢变电场幅值,I为归一化慢变电流幅值,Γ0为冷传播常数,C,b,d分别为皮尔斯增益参量、非同步参量和衰减常数,V…0为电子注直流电压,I0为直流电流。1.2 激发方程0-Γz 令第n次本征模式轴向电场为En,z=En,zφn(r,<)en,并且有Γ-n=-Γn,由洛伦兹引理,可得由扰动[4]电子注激励的电场zl10-ΓzΓξΓz-Γξ1Ez=∑Rnψn
6、φn(r,<)en∫eni(ξ)dξ+en∫eni(ξ)dξ-ψ(r,<)i(z)(1)2n0zjωε0S0021式中:Rn=2(En,z)/Nn;ψ(r,<)为电子流的横向分布函数;ψn=ψ(r,<)φn(r,<)dS;第二个积分为扰动S∫SpX收稿日期:2003207214;修订日期:2004206217基金项目:大功率微波电真空器件技术重点实验室基金项目资助课题(2000JS10.5.2.DZ0244)作者简介:李建清(1975—),男,博士,主要从事大功率/高功率微波管研究;E2mail:lijq@u
7、estc.edu.cn。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.1430强激光与粒子束 第16卷动电子注激发的反向辐射场。 不同本征模式n的传播常数Γn不同,其中只有一个或两个模式与电子注同步,设同步模式传播常数为Γ0,-Γz则具有外加激励源E0e0的同步场Ec为zl-Γz10-ΓzΓξΓz-ΓξEc=E0e0+Rψφ(x,y)e0∫e0i(ξ)dξ+e0∫e0i(ξ)dξ(2)20z022式中φ(
8、x,y)为同步场本征模式的横向分布。方程两边同时对z求两阶导数,并利用Kc0=
9、R
10、φ/β0,可得2dEc222-Γ0Ec=-β0Kc0Γ0i(z)(3)dz归一化后的激发方程为2dFc(θ)dFc(θ)′2C2-j2+r(2+Cr)Fc(θ)=-j2(1+Cr)(1+Cb)I(θ)(4)dθdθ式中归一化的电子流复振幅I(θ)可由傅里叶级数理论和电荷守恒定律求得2π1-jΦI(θ)=I0eedφ0
