本文關鍵詞：基于電子束脈沖串的太赫茲尾場輻射研究

  更多相關文章： 高功率 頻率可調 加速器THz輻射源 尾場 高流強電子束脈沖串

【摘要】：太赫茲(THz)輻射是一種波長介于微波與紅外線之間的電磁輻射,在生物科學、材料檢測及雷達通信等諸多領域中有廣闊的應用前景�，F(xiàn)代應用對THz輻射源提出了高功率、可調頻及結構緊湊的需求,利用加速器產生的相對論電子束脈沖串來激勵尾場結構產生THz輻射是有效的解決方案之一。尾場結構具有阻抗高、結構緊湊及輻射帶寬窄的特性;同時,高峰值流強電子束脈沖串作為輻射的驅動束流,一方面可以在單脈沖相干輻射的基礎上,進一步相干增強輻射總功率,另一方面通過對脈沖串的操控,可實現(xiàn)對THz輻射頻率的調節(jié)。本論文對驅動束流的操控進行了初步的理論分析與模擬優(yōu)化,并在不同尾場結構上進行了 THz輻射實驗,較為系統(tǒng)地研究了電子束脈沖串激勵下的THz尾場輻射。驅動束流操控方面,論文提出了基于速度壓縮中的欠壓縮工作模式與漂移段壓縮相結合的束長壓縮方案,并以清華大學湯姆遜散射X射線平臺(TTX)光陰極直線加速器為例,模擬獲得了較傳統(tǒng)速度壓縮方案更高峰值流強的束流。該束流對應的峰值流強～10kA,可作為高頻、高功率的THz輻射源的驅動束�；陔娮邮}沖串產生頻率可調節(jié)THz輻射實驗中,論文設計了多模工作的厚壁介質管尾場結構,利用美國布魯克海文國家實驗室的加速器測試裝置平臺(BNL-ATF)的可調控的電子束脈沖串,首次在實驗上實現(xiàn)對尾場結構中存在的多種THz模式進行單一模式的選擇輸出,獲得0.6THz～1.6THz范圍內的可調頻率的窄帶THz輻射。基于電子束脈沖產生高功率THz輻射實驗中,論文設計了高阻抗的W波段(～0.1 THz)金屬皺褶尾場結構,利用美國阿貢國家實驗室的尾場加速裝置(AWA)的高流強電子束脈沖串,在實驗中獲得了 5MW的W波段輻射輸出,創(chuàng)下了該波段尾場輻射源的最高功率紀錄。論文工作中提出并經實驗驗證的長程尾場干涉方法,有效地解決了 THz尾場包絡的相位檢測問題。該方法通過連續(xù)改變電子束脈沖串在結構中產生的長程尾場的相位疊加關系,改變總的THz輻射能量,由此描繪出含有相位信息的尾場包絡。由于現(xiàn)有手段對THz能量的探測靈敏度高,長程尾場干涉法是一種可實現(xiàn)高精度尾場相位測量的新方法。基于W波段尾場結構,論文系統(tǒng)研究了電子束脈沖串與橫向尾場的相互作用,編寫了尾場作用下的點對點束流動力學模擬程序(P2Pcode),模擬預測與實驗觀測結果取得了較好的吻合。
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O441

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本文編號：1296353