太赫兹Smith-Purcell超辐射及输出谐振腔的研究

作     者：朱凯星 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘盛纲

授予年度：2022年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：Smith-Purcell辐射 光栅结构 三反射镜准光腔 太赫兹辐射源 

摘      要：在电磁波波谱中,太赫兹波因其高分辨率、低能量以及高穿透性等物理性质,在很多领域有不可忽略的价值。辐射源技术的发展是太赫兹科学技术发展的重要环节,对辐射源而言,真空电子器件是一个极其重要的种类。目前高频率太赫兹真空器件面临加工难度较大、输出功率微弱等问题。本文从Smith-Purcell理论出发,通过理论推导及仿真计算,探索可以实现Smith-Purcell超辐射增强的结构,为实现小尺寸大功率的太赫兹真空辐射源提供一定的参考。本论文的主要研究内容及结果如下:1.理论推导了周期平板光栅的色散方程,研究不同光栅参数对色散曲线的影响。并且通过调整结构参数,充分掌握了光栅的辐射机理,熟悉了理论基础。2.通过在CST中的仿真计算,对一种新型的栅槽结构进行了研究,验证了该结构可以突破倍频限制,实现对特定频率的Smith-Purcell高次谐波超辐射的调谐和增强,为发展该类真空辐射源提供了一种新的思路。3.研究了准光学谐振腔对于超辐射的选频及谐振增强的作用,在CST粒子工作室中对三反射镜准光腔进行了计算,通过调整反射镜的尺寸、位置等参数,实现了对Smith-Purcell超辐射高次谐波的谐振放大,验证了三反射镜准光腔具有增强超辐射的特点。4.针对三反射镜准光腔的冷测研究,做了大量的模拟计算和加工设计。在仿真软件中尝试了不同的耦合输出结构,并通过仿真结果设计了可靠的冷测加工结构。为新型三反射镜准光腔的输出结构提供了借鉴,对太赫兹真空辐射源的发展也有一定的促进作用。