研究并設(shè)計了一種具有寬頻帶工作能力的太赫茲準光模式變換器。該準光模式變換器采用具有高效率特性的Denisov輻射器,工作在TE_6.2模式,用于實現(xiàn)回旋管內(nèi)的模式變換。由于Denisov輻射器的參數(shù)是影響準光模式變換器寬帶性能的主要因素,因此通過對輻射器參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計,達到增大模式變換器帶寬的效果。使用自主開發(fā)的準光學模擬程序進行仿真,模式變換器中心頻率為94 GHz,帶寬達2 GHz。 

【文章來源】：紅外與毫米波學報. 2020,39(05)北大核心EISCICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

圖１?Ｄｅｎｉｓｏｖ輻射器準光模式變??圖?２?Ｄｅｎｉｓｏｖ??換器結(jié)構(gòu)圖：ｌ：Ｄｅｎｉｓｏｖ輻射器，??輻射器波紋波??２？５：鏡面系統(tǒng)，６：輸出箇??導結(jié)構(gòu)??

ｏｖ型準光??模式變換器的寬帶�。髟矸治�，將從７：作頻率和??輻射器半徑兩個方面進行分析：??２．?１工作頻率對寬帶性能的影響分析??首先分析工作頻率／變化對輸出窗處波束偏移??的影響，由于回旋管中的工作波長比波導的橫向??尺寸小幾十倍，，因此輻射器內(nèi)部的電磁場的傳播，??可以用幾何光學理論１４來分析。幾何光學理論的??基本思想是，將波導內(nèi)的電磁波看作是一系列幾何??射線，將電磁波的傳播看作是這些射線像光一樣在??波導壁上不斷反射前進，射線的方向即為波矢量的??方向，如圖３所示：??Ｃａｕｓｔｉｃ?ｓｕｒｆａｃｅ??ｕ??Ａ）沒??圖３輻射器內(nèi)射線傳播的ＪＬ何光學模型??Ｆｉｇ．?３?Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ?ｏｐｔｉｃｓ?ｍｏｄｅ?ｏｆ?ｒａｙｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｌａｕｎｃｈｅｒ??由圖３可知，波矢量與波導軸線方向的夾角＆??滿足??其中是第／？階貝塞爾函數(shù)的導數(shù)的第ｎ個根，ｃ??為真空中的光速，「？為輻射器半徑，／為工作頻率：??電磁波波矢量在輻射器中傳播的軸向角度Ｉ??將影響電磁波射線從輻射器出射的角度，并“連鎖??反應(yīng)式”地影響電磁波傳播到后續(xù)一系列鏡面上的??位置，最終影響輸出窗處的波束位置３??為了拓展Ｄｅｎｉｓｏｖ輻射器型準光模式變換器在??寬帶連續(xù)頻率范圍內(nèi)的Ｔ：作特性，需要考慮以下兩??個方面：（１）在工作頻率發(fā)生變化時，需使模式變換??器輸出窗處的波束偏移盡可能��；（２）由于輻射器??波紋波導結(jié)構(gòu)是針對某一頻點設(shè)計的物理結(jié)構(gòu)，一??旦加工成型就不可再改變，因此在工作頻率發(fā)生變??化時，應(yīng)使波紋波導參數(shù)的設(shè)計值變化盡可能校??從式（３）可以看出，軸向角度＾與／頻率有關(guān)。??圖

５７０??紅外與毫米波學報??３９卷??的頻率變化就會引起較大的Ｉ的變化，這對寬帶準??光模式變換器來說是十分不利的??除此之外，由于軸向角度Ｉ隨頻率／變化，寬帶??范圍內(nèi)工作的波束其軸向角度Ｉ有差異，從而寬帶??波束射到后續(xù)鏡面上的位置也不同，這會使得后續(xù)??鏡面的長度相比單頻點工作時增大。圖４（ｂ）給出??了波束射到拋物面反射鏡２（假定輻射器與拋物面??反射鏡的橫向距離ＡｔＦ—定，＝３０ｍｍ）時，在固??定帶寬范圍內(nèi)（３?ＧＨｚ）最大頻率和最小頻率的軸向??偏移距離差值ＡＬ：可以看出，隨著頻率的增大，波??束在固定帶寬內(nèi)的軸向偏移距離差值減�。狠S向??偏移差值越小，準光模式變換器內(nèi)各個反射鏡為了??容忍寬帶工作而所需增加的軸向?qū)挾仍叫。阂虼??較大的工作頻率值可以使得反射鏡寬帶工作的“代??價”較校??綜上所述，當工作頻率高于并遠離截止頻率??時，準光模式變換器輸出窗處的波束偏移對頻率變??化的敏感性降低，工作帶寬變寬：??接下來，分析工作頻率／變化對波紋波導結(jié)構(gòu)??參數(shù)的影響３由于Ｄｅｎｉｓｏｖ輻射器的螺旋波紋波導??結(jié)構(gòu)是根據(jù)指定單頻點而設(shè)計的，而當Ｄｅｎｉｓｏｖ型準??光模式變換器工作在寬頻帶時，必須解決以下問??題：針對單頻點設(shè)計的螺旋波紋波導結(jié)構(gòu)需要能在??連續(xù)帶寬內(nèi)正常工作，即在寬帶范圍內(nèi)都可以將工??作模式轉(zhuǎn)化為可以疊加成高斯分布的混合模式＝??Ｄｅｎｉｓｏｖ輻射器的螺旋波紋波導結(jié)構(gòu)滿足式??（１），其中成、民滿足式（２），而式（２）可進一步寫為??＝?＾－１?／（一）：?＿?（尤…．＂）２?￣??２?２?ｃ?ｒ？??Ｐｉ?＋?￣?ｌ）ｌ?＝??（出）２?（１．）２

【參考文獻】：
期刊論文
[1]高功率回旋振蕩管Denisov型輻射器的研究[J]. 王虎,沈文淵,耿志輝,徐壽喜,王斌,杜朝海,劉濮鯤.  物理學報. 2013(23)



本文編號：3610952