提出并研究了一种带状电子注矩形单栅返波振荡器.首先研究了矩形单栅慢波结构的色散特性和耦合阻抗特性,然后粒子模拟并优化设计了带状注矩形单栅高频结构,预群聚腔及输出一体化结构.研究结果表明:利用电压200 kV、电压2 kA、截面为24 mm×0.5 mm的带状电子注,驱动该矩形单栅返波振荡器,能够产生42 MW的输出功率,工作频率86 GHz,效率为10.5%.

提出了一种新型的菱形微带曲折线慢波结构。该结构可适用于低电压、宽带宽、中等功率水平的高效率毫米波行波管。和传统的慢波结构相比, 微带曲折线是一种平面结构, 因此其加工工艺可采用2维微细加工技术。该结构可以用带状电子束进行注-波互作用, 并且不需要额外的电子束通道。给出了菱形微带曲折线慢波结构在140 GHz的色散曲线和注-波互作用模拟分析。研究结果显示：在输入功率为40 mW, 带状电子束的电流和工作电压分别为90 mA和7 kV的条件下, 该微带曲折线行波管可以获得数十W功率输出, 互作用效率可达14.3%, 瞬时3 dB带宽为18 GHz(132～150 GHz)。

翼片加载折叠波导电路是一种改进型的行波管互作用电路。与原始结构相比, 它具有提高的耦合阻抗、扩展的横向尺寸以及更加灵活的设计能力, 因此适合工作在太赫兹频段。首先采用理论模型设计了工作频率0.22THz的慢波结构; 然后采用三维粒子模拟技术对翼片加载折叠波导行波管放大器的非线性性能进行了研究。结果显示, 新型结构具有高的互作用效率和宽频带放大的能力。在中心工作频率220GHz处, 2mW的驱动功率下可以得到4W的饱和输出功率, 对应的电子效率和增益分别为2.47%和33dB(考虑了电路的导体损耗); 恒定功率下扫频模拟显示, 放大器的瞬时3dB带宽可达13.6, 频率范围覆盖205~235GHz。

利用电磁模拟软件, 计算得到了H面渐变与E面渐变的楔形衰减器匹配效果, 指出在相同渐变长度下, E面渐变匹配效果优于H面渐变。H面渐变衰减器反射主要来源于电场集中处, 而E面渐变衰减器主要来源于渐变前部尖端处。在此基础上设计出了一种变形的匹配衰减器, 即在E面渐变衰减器渐变开始处向前延伸一块薄片。计算结果与测试结果表明: 与H面渐变和E面渐变的楔形衰减器相比,所设计衰减器在近截止频率处的匹配效果得到了明显的改善。

带状电子注真空器件是一种很有潜力的高功率微波毫米波器件,其中带状电子注的稳定传输和聚焦是该器件的关键。针对带状电子注的聚焦和传输, 提出采用周期椭圆螺线管结构来稳定传输高椭圆率的带状电子注。通过理论分析, 得到椭圆螺线管的磁场分布情况, 研究了该磁场下带状电子注的运动情况, 并且推导出带状电子注在周期椭圆螺线管结构中稳定传输的条件。最后, 采用粒子模拟验证了该稳定传输条件。

折叠波导以其宽频带、加工方便而成为一类重要的毫米波与太赫兹波段行波管慢波线。针对折叠波导慢波系统与标准波导的匹配过渡连接, 通过等效电路分析与电磁计算软件模拟, 设计出了直渐变波导、双曲圆弧渐变波导、切比雪夫阶梯渐变波导3种输入输出过渡波导结构, 分析了各种过渡波导的优缺点及结构尺寸对性能的影响。计算表明, 经过合理优化的设计, 3种过渡结构均可以使反射系数在28～40 GHz波段小于0.05。

More than 6 W average power ultraviolet radiation at 355 nm was generated in LiB3O5 (LBO) crystal through the frequency mixing of the fundamental and second harmonic radiation of a Nd:YAG laser. This performance was achieved with 38% optical-to-optical conversion efficiency (532 nm to 355 nm).