本文選題：太赫茲波　切入點(diǎn)：自由電子激光　出處：《華中科技大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：基于自由電子激光技術(shù)的太赫茲源,具有輸出功率高、波長(zhǎng)大范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)、光束品質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn),是實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧、高功率太赫茲源的最佳途徑之一。光學(xué)諧振腔是自由電子激光裝置中的重要組成部分,為實(shí)現(xiàn)太赫茲波在光學(xué)諧振腔內(nèi)的振蕩放大,最終達(dá)到高功率的飽和輸出,必須使得光學(xué)諧振腔內(nèi)的單程增益大于光學(xué)諧振腔內(nèi)的損耗,因此設(shè)計(jì)低損耗的光學(xué)諧振腔是獲得太赫茲高功率輸出的關(guān)鍵。針對(duì)太赫茲波段的特點(diǎn),為了提高增益、減小損耗,在傳統(tǒng)開放式光學(xué)諧振腔基礎(chǔ)上全程加入了波導(dǎo)約束結(jié)構(gòu)。論文重點(diǎn)研究了波導(dǎo)約束結(jié)構(gòu)下光學(xué)諧振腔內(nèi)存在的傳播模式、波導(dǎo)內(nèi)的傳輸損耗以及波導(dǎo)與自由空間的耦合損耗問題;同時(shí)針對(duì)太赫茲波在大氣環(huán)境中傳播時(shí)衰減嚴(yán)重的問題,分析設(shè)計(jì)了低損耗的高功率太赫茲光束傳輸系統(tǒng)。首先,論文針對(duì)實(shí)際項(xiàng)目中所設(shè)計(jì)的波導(dǎo)約束光學(xué)諧振腔結(jié)構(gòu),分別詳細(xì)計(jì)算分析了波導(dǎo)的歐姆損耗和漸變波導(dǎo)部分的反射損耗,并結(jié)合HFSS仿真軟件進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的波導(dǎo)約束結(jié)構(gòu)在太赫茲波段的波導(dǎo)傳輸損耗可以近似忽略。然后,論文采用模式分解法分析了波導(dǎo)端口與反射鏡之間的耦合損耗問題,研究了最小耦合損耗與最佳反射鏡曲率半徑之間的關(guān)系,并結(jié)合實(shí)際空間尺寸的限制設(shè)計(jì)了一個(gè)在50μm-100μm范圍內(nèi)耦合損耗都足夠小的反射鏡。通過對(duì)波導(dǎo)約束下光學(xué)諧振腔結(jié)構(gòu)的耦合損耗的相關(guān)計(jì)算與分析,使得光學(xué)諧振腔的損耗符合低損耗要求,同時(shí)為設(shè)計(jì)影響增益的電子束、波蕩器等參數(shù)提供了參考依據(jù)。最后,論文針對(duì)所產(chǎn)生的太赫茲波需要遠(yuǎn)距離、低損耗傳輸問題,基于高斯光束傳播的相關(guān)性質(zhì),設(shè)計(jì)了一個(gè)低真空、低損耗的高功率太赫茲光束傳輸系統(tǒng),仿真分析了50μm-100μm范圍內(nèi)的太赫茲光束經(jīng)過該系統(tǒng)的束斑半徑變化,確認(rèn)其光束品質(zhì)可不受影響。
[Abstract]:Terahertz free electron laser source based on the technology, with high output power, wavelength range can be adjusted continuously, the advantages of good beam quality, is one of the best ways to realize tunable, high power terahertz source. Optical resonator is an important group of free electron laser in part for amplifying oscillations and realize THz wave in the optical resonant cavity, eventually reaching saturation high output power, the gain loss must be greater than the optical resonant cavity optical resonant cavity, so the design of low loss optical resonator is the key to obtain high power terahertz output. According to the characteristics of the terahertz band, in order to improve the gain and loss, in the traditional open optical on the basis of the whole resonator joined the waveguide structure. The paper focuses on the constraints of existing waveguide structure constrained optical resonant cavity propagation modes in the waveguide, transmission The problem of coupling loss and loss of waveguide and free space; at the same time for terahertz wave propagation in atmosphere attenuation is a serious problem, analysis and design of high power terahertz beam transmission system of low loss waveguides. First, designed in this paper according to the actual project in the beam optical cavity structure were analyzed in detail on the basis of the ohmic loss and part of the tapered waveguide reflection loss waveguide, and validated by HFSS simulation software. The results show that the designed waveguide constraint in terahertz waveguide transmission loss can be neglected. Then, using the mode decomposition method to analyze the problem of coupling loss between the waveguide port and the reflector, study the relationship between the minimum coupling the loss and the best mirror radius of curvature, and a design of the 50 M-100 m range is combined with the actual space size limit Mirror and loss are small enough. Through the calculation of coupling loss of optical waveguide resonant cavity structure constraints and analysis, the loss of optical resonator with low loss requirements, at the same time as the electron beam gain design, undulator parameters provide the basis. Finally, aiming at the terahertz generated the waves need to distance, low loss transmission problems, related properties of Gauss beam propagation based on the design of a low vacuum, high power terahertz beam transmission system with low loss, the simulation analysis of 50 mu M-100 mu in the range of M Hz beam through the beam spot radius is the changes of the system, the beam quality can not confirm affected.

【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O441.4

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本文編號(hào)：1579811