太赫兹Smith-Purcell超辐射的模拟与实验研究

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA专业学位硕士学位论文MASTERTHESISFORPROFESSIONALDEGREE论文题目太赫兹Smith-Purcell超辐射的模拟与实验研究专业学位类别工程硕士学号201522040904作者姓名操岳恒指导教师胡旻教授分类号密级注1UDC学位论文太赫兹Smith-Purcell超辐射的模拟与实验研究（题名和副题名）操岳恒（作者姓名）指导教师胡旻教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士工程领域名称电子与通

2、信工程提交论文日期2018.03论文答辩日期2018.05学位授予单位和日期电子科技大学2018年6月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。SIMULATIONANDEXPERIMENTALSTUDYOFTERAHERTZSMITH-PURCELLSUPERRADIATIONAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaDiscipline:MasterofEngineeringAuthor:CaoYuehengSupervisor:P

3、rof.HuMinSchool:SchoolofPhysicalElectronics摘要摘要太赫兹(Terahertz,THz)波段的频率范围在100GHz与10THz之间，波长介于30μm与3mm之间在频谱上处在一个比较特殊的区域，因此具有了很多独特的性质，在各个领域都拥有着广泛的应用前景。太赫兹辐射源是太赫兹技术发展的关键技术，其中真空电子辐射源因为其功率大、效率高，是一类重要的太赫兹辐射源。这类器件从微波向太赫兹频段发展面临尺度效应等瓶颈。Smith-Purcell超辐射可以通过高次谐波部分解决尺度效应问题。本论文通过理论与模拟分析Smith-Pur

4、cell超辐射的物理机理，探讨结构各项结构参数对色散特性的影响，分析边墙结构对起振电流的影响，并用实验对模拟的各项内容进行验证。本论文的具体研究内容如下：（1）理论推导出了亚波长矩形光栅结构的色散方程并绘制色散曲线，比较不同参数对结构色散特性的影响，掌握变化规律。（2）通过粒子模拟软件对结构进行模拟，画出色散，与理论计算进行了对比。根据所需的工作频率、合理的超辐射角度、实验室现有的电流密度及电压环境，并结合理论计算，合理地设计出了结构的各项参数。同时还分析了在亚波长矩形光栅结构凹槽两侧加上与光栅等高的边墙对起振电流的影响。（3）根据前期模拟，合理设计并加工实

5、验平台、电子枪部分以及超辐射的收集跟检测部分，利用真空动态系统，开展了相关测试研究。通过电子枪的精准对中，测量了所设计的电子枪的束流大小、束流稳定性、束流分布及磁场对束流位置的影响。通过改变灯丝、阴阳极电压等参数，测试了不同条件下束流的变化。关键词：太赫兹，Smith-Purcell超辐射，起振电流，光栅IABSTRACTABSTRACTTerahertz(THz)bandhasafrequencyrangebetween100GHzand10THz.Wavelengthsbetween30μmand3mmareinaparticularareaofthes

6、pectrum,andthereforehavemanyuniqueproperties.Withawiderangeofapplicationprospects.Theterahertzradiationsourceisakeytechnologyforthedevelopmentofterahertztechnology.Thevacuumelectronradiationsourceisanimportantterahertzradiationsourcebecauseofitslargepowerandhighefficiency.Thedevelo

7、pmentofthesedevicesfromthemicrowavetotheterahertzbandfacedwithbottleneckssuchasscaleeffects.Smith-Purcellsuperradiationcansolvethescaleeffectproblemthroughhigherharmonics.Inthisdissertation,thephysicalmechanismofSmith-Purcellsuper-radiationwasanalyzedbytheoryandsimulation.Theeffect

8、sofvariousstructuralparame