基于电子束脉冲串的太赫兹尾场辐射研究

发布时间：2017-12-16 14:20

  本文关键词：基于电子束脉冲串的太赫兹尾场辐射研究

  更多相关文章： 高功率 频率可调 加速器THz辐射源 尾场 高流强电子束脉冲串

【摘要】：太赫兹(THz)辐射是一种波长介于微波与红外线之间的电磁辐射,在生物科学、材料检测及雷达通信等诸多领域中有广阔的应用前景。现代应用对THz辐射源提出了高功率、可调频及结构紧凑的需求,利用加速器产生的相对论电子束脉冲串来激励尾场结构产生THz辐射是有效的解决方案之一。尾场结构具有阻抗高、结构紧凑及辐射带宽窄的特性;同时,高峰值流强电子束脉冲串作为辐射的驱动束流,一方面可以在单脉冲相干辐射的基础上,进一步相干增强辐射总功率,另一方面通过对脉冲串的操控,可实现对THz辐射频率的调节。本论文对驱动束流的操控进行了初步的理论分析与模拟优化,并在不同尾场结构上进行了 THz辐射实验,较为系统地研究了电子束脉冲串激励下的THz尾场辐射。驱动束流操控方面,论文提出了基于速度压缩中的欠压缩工作模式与漂移段压缩相结合的束长压缩方案,并以清华大学汤姆逊散射X射线平台(TTX)光阴极直线加速器为例,模拟获得了较传统速度压缩方案更高峰值流强的束流。该束流对应的峰值流强～10kA,可作为高频、高功率的THz辐射源的驱动束。基于电子束脉冲串产生频率可调节THz辐射实验中,论文设计了多模工作的厚壁介质管尾场结构,利用美国布鲁克海文国家实验室的加速器测试装置平台(BNL-ATF)的可调控的电子束脉冲串,首次在实验上实现对尾场结构中存在的多种THz模式进行单一模式的选择输出,获得0.6THz～1.6THz范围内的可调频率的窄带THz辐射。基于电子束脉冲产生高功率THz辐射实验中,论文设计了高阻抗的W波段(～0.1 THz)金属皱褶尾场结构,利用美国阿贡国家实验室的尾场加速装置(AWA)的高流强电子束脉冲串,在实验中获得了 5MW的W波段辐射输出,创下了该波段尾场辐射源的最高功率纪录。论文工作中提出并经实验验证的长程尾场干涉方法,有效地解决了 THz尾场包络的相位检测问题。该方法通过连续改变电子束脉冲串在结构中产生的长程尾场的相位叠加关系,改变总的THz辐射能量,由此描绘出含有相位信息的尾场包络。由于现有手段对THz能量的探测灵敏度高,长程尾场干涉法是一种可实现高精度尾场相位测量的新方法。基于W波段尾场结构,论文系统研究了电子束脉冲串与横向尾场的相互作用,编写了尾场作用下的点对点束流动力学模拟程序(P2Pcode),模拟预测与实验观测结果取得了较好的吻合。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O441

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本文编号：1296353