基于全反馈谐振腔的新型史密斯- - 帕塞尔自由电子激光的特性及理论研究

基本信息
批准号:11275089
项目类别:面上项目
资助金额:22.00
负责人:孟现柱
学科分类:
依托单位:聊城大学
批准年份:2012
结题年份:2016
起止时间:2013-01-01 - 2016-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:王明红,肖效光,张黎明,姜均,王园园
关键词:
自由电子激光注—波互作用全反馈谐振腔史密斯—帕塞尔辐射太赫兹
结项摘要

"All-feedback resonator" can reflect all S-P radiation with an emission angle and with random azimuthal angles back onto the electron beam. In this resonator,the electron beam could be modulated in best, the beam-wave interaction and the output power could be improved. Compared with the Smith-Purcell free electron laser based on other resonator,a lots of novel characteristic of the novel Smith-Purcell free electron laser based on all-feedback resonator. All this research of novel characteristic will contribute to the research and application of Smith-Purcell free electron laser theory. Various novelcharacteristics and theory of "Smith-Purcell Free electron laser based on the all-feedback resonator" will be researched in this project. The research including: 1) the field distribution, transmission characteristics and quality factor of "all-feedback resonator", 2)the beam-wave interaction and performance analysis of "Smith-Purcell Free electron laser based on the all-feedback resonator",3)linear theory and nonlinear self-consistent theory for "Smith-Purcell Free electron laser based on the all-feedback resonator",4) design for tunable "Smith-Purcell Free electron laser based on the all-feedback resonator" with a high output power in THz region,5)research a particle-in-cell simulation aided software.

"全反馈谐振腔"能够将特定发射角、所有方位角的S-P辐射全部反射回电子注,提升了S-P自发辐射的利用率,实现了所有方位对电子注的调制,增强了注-波互作用效果,从根本上提高S-P FEL的输出功率容量。与利用普通谐振腔作反馈元件的S-P FEL相比,"基于全反馈谐振腔的S-P FEL"具有有很多不同新特性。研究这些新特性将有助于推动S-P FEL的理论发展,促进其实用化进程。本项目将研究"基于全反馈谐振腔的S-P FEL"的各种新特性及新理论。研究内容包括:1)"全反馈谐振腔"的场型结构、传输特性和品质因数,2)"基于全反馈谐振腔的S-P FEL"的注-波互作用特性和性能分析,3)"基于全反馈谐振腔的S-P FEL"的线性理论和非线性自洽理论,4)设计"高功率、可调频的基于全反馈谐振腔的S-P型太赫兹 FEL"器件,5)研发一款粒子模拟辅助软件。

项目摘要

“全反馈谐振腔”是能够将特定发射角、所有方位角的史密斯–帕塞尔 (S–P)辐射反射回电子注的谐振腔,在不同光栅、电子束和谐振腔参数下,利用理论分析和数值模拟研究了 “基于全反馈谐振腔的新型S–P 自由电子激光(FEL)”的输出特性、注–波互作用特性、建立了初步理论并探讨了设计方法。完成了研究计划,取得了一系列成果。①研究了“基于全反馈谐振腔的新型S–P FEL”的输出特性。结果表明,不同的方位角范围内,基于全反馈谐振腔的S–P的输出功率谱密度是不同的;②研究了“基于全反馈谐振腔的新型S–P FEL”的多种周期性金属结构(例如,多层金属—介质堆砌结构)。结果表明,基于多层金属—介质堆砌结构的新型S–P FEL是用于开发更紧凑,更高峰值输出功率的S-P FEL的最有希望替代品;③研究了“基于全反馈谐振腔的新型S–P FEL”的电子束形状。结果表明,带状束的宽高比越大,电子束的速度调制越明显,电子束的群聚越明显,S-P FEL的功率和功率谱密度越大;④比较研究了“基于全反馈谐振腔的新型S–P FEL”中的多种“全反馈谐振腔” 。结果表明,它们都可以获得THz波段的高功率可调谐相干S–P辐射;⑤突破了“利用S–P效应产生相干S–P辐射”的惯性思维,创新性地提出了“利用S–P效应调制电子束”的新思路。在该新型THz振荡器的调制腔中,电子注的速度调制通过S–P效应完成的,当群聚电子注通过输出腔时,群聚电子注会在输出腔的间隙处激励起高频电场,该高频电场会使电子注的一部分动能转换为高频能量,并完成THz振荡;⑥研究了其他真空电子器件,例如,回旋振荡管;⑦利用非共形网格研究了电磁散射问题;⑧研究了Ag纳米颗粒的局部表面等离子体共振;⑨研发了《Magic粒子模拟软件编程辅助软件(简称Magic编程辅助软件)》,该软件软件是Magic粒子模拟软件编写程序的辅助软件,主要帮助研究人员完成编程工作。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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