时变等离子体高功率微波频率上转换的粒子模拟

发布时间：2018-09-14 07:22

【摘要】：基于电磁波与时变介质相互作用能够实现电磁波频率上转换的原理,通过粒子模拟(PIC)方法对电磁波与时变等离子体薄层相互作用进行模拟,实现了频率由2.45GHz提升至130GHz,功率转化效率约为0.39%。探究了等离子体参数(包括等离子体密度、有限的等离子体上升时间以及等离子体薄层厚度)对频率上转换的影响。模拟结果验证了等离子体密度决定上转换频率,与理论结果相符。模拟结果表明,等离子体薄层厚度越大,得到的上转换波的能量越大;等离子体的上升时间越小,上转换波的转换效率和频谱纯度越高。采用等离子体密度2×10~(20)cm~(-3),等离子体厚度1cm,等离子体上升时间0.04ns可以得到可观的130GHz上转换波输出。
[Abstract]:Based on the principle that the interaction between electromagnetic wave and time-varying medium can realize the frequency up-conversion of electromagnetic wave, the interaction between electromagnetic wave and time-varying plasma thin layer is simulated by particle simulation (PIC) method. The frequency is raised from 2.45GHz to 130 GHz, and the power conversion efficiency is about 0.39 GHz. The influence of plasma parameters (including plasma density, limited plasma rise time and plasma thin layer thickness) on the frequency upconversion is investigated. The simulation results show that the plasma density determines the up-conversion frequency, which is in agreement with the theoretical results. The simulation results show that the larger the thickness of the plasma thin layer, the greater the energy of the upconversion wave, and the smaller the rising time of the plasma, the higher the conversion efficiency and spectral purity of the upconversion wave. Using the plasma density of 2 脳 10 ~ (20) cm~ (-3), the plasma thickness of 1 cm and the rising time of the plasma, 0.04ns, the 130GHz upconversion wave output can be obtained.
【作者单位】： 西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室;
【基金】：国家自然科学基金项目(51677145)
【分类号】：O441.4;O53

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本文编号：2241978