基于电子束的极化辐射理论及应用研究
发布时间：2020-05-19 11:26
【摘要】：本论文中主要研究了两种基于电子束的极化辐射：电子束穿过圆柱型介质加载波导(DLW)产生的切伦科夫尾场辐射以及掠过周期性金属光栅表面时产生的史密斯-帕塞尔辐射(SPR)。DLW具有结构简单紧凑，和电子束能量耦合效率高等优点,在微波、太赫兹(THz)辐射源,电子束操控等方面有着广泛的研究与应用：SPR具有结构简单紧凑、光谱覆盖范围广以及辐射强度较高等优点,在束团长度测量和电磁辐射源等方面具有独特的优势。本论文主要围绕这两种辐射的理论和应用研究展开,并且由于THz源重要而广阔的应用前景,本论文中最为主要的应用研究是形成THz辐射源。关于切伦科夫尾场辐射方面,我们共提出了三种紧凑型的窄带THz源设计方案。第一种方案为基于光阴极微波电子枪的紧凑型窄带THz辐射源,通过参数优化直接在电子枪内形成电荷量相对较高的亚皮秒电子束,然后用以激励小尺寸DLW产生低频的高功率THz辐射源；第二种方案中使用光阴极直流电子枪产生的电子脉冲序列选择性激励DLW的单个本征模式,这种方案具有容易组装实现,频率大范围连续可调且功率相对较高的优点；第三种方案是在低能直流电子束产生的切伦科夫自由电子激光(CFEL)中,通过合理的参数选择使高阶模的频率恰好是基模的整数倍,由此高阶模式将会受益于基模的群聚而被相干激发。基于此原理,使用常规的直流电子枪以及较大的DLW尺寸即可实现高功率的连续THz辐射。除了THz辐射源方案的研究外,本论文中还提出了基于切伦科夫尾场辐射减速原理的束团长度测量方案,电子束通过DLW的能量损失与电子束长度密切相关,并且可以通过电子能谱靶测量得到。这种方案的成本较低,容易实现,且对于长度较短电荷量较高的束团有非常好的分辨率。关于SPR的研究方面,我们首先提出了另外一种紧凑型窄带THz辐射源一重叠共振型SPR。窄槽矩形光栅在特定的频率上具有较高的电子能量耦合效率,论文中对这种现象进行了系统的研究,并将其作为此方案中的辐射结构。使用扩束后的激光脉冲序列照射光阴极微波电子枪,能够有效抑制微束团空间电荷效应力,从而形成高群聚因子的驱动电子脉冲序列。通过合适的参数选择，单电子SPR频谱的峰值频率可以和电子脉冲序列的超辐射相干因子的共振频率相重合,于是在重叠的频率上辐射得到两次加强,因此可以形成非常高峰值功率的窄带THz辐射。此外我们还使用了严格的金属理论考虑了金属表面等离子体激元效应对几百纳米尺寸的矩形和任意形状的金属光栅SPR的影响。这些理论研究可以为发展相关的电磁辐射源以及束流诊断技术提供理论参考。
【图文】：
逦Ｉ迅＿逦之逡逑图１．１束流在自由空间的包络变化图示意围逡逑图１．１展示了一个束流在自由空间漂移时的包络变化示意图，，仿照高斯光束，定逡逑义＂瑞利长度＂，即束流包络的尺寸X棾さ绞恢煤嵯虺叽纾
本文编号：2670822
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