光子晶体加速结构的研究

高能物理研究和自由电子激光应用都要求加速结构具有高加速梯度，束流低发射度。光子晶体可通过构造特殊的周期性结构，有选择性地把加速模约束在缺陷中，而将高次模引出。激光介质光子晶体，介质击穿阈值高，可望实现高梯度加速，由计算知加速梯度可达GV/m量级；较高频率微波金属光子晶体，击穿场强随频率升高而增大，且消除了尾场的限制。故光子晶体加速结构较有潜力。本项目拟从以下方面进行研究：分别计算介质和金属光子晶体加速结构的带隙图。用Microwave Studio软件等计算介质材料光子晶体结构的频率、场型图，并理论研究动力学问题，来综合优化设计。数值计算X波段金属光子晶体PBG单元的RF特性、场型图与结构尺寸的关系，优选得出结构尺寸；探索制造工艺，加工PBG单元并测量色散特性、S参数等实现再优化设计；依据数值计算进行功率耦合实验研究；研究公差、温度对结构性能的影响；研制一段金属光子晶体加速结构并实验研究。