课题基金 / 基金详情

基于超辐射机制的太赫兹Smith-Purcell自由电子激光特性研究

批准号:
11375081
项目类别:
面上项目
资助金额:
78.0 万元
负责人:
王明红
依托单位:
学科分类:
同步辐射与自由电子激光原理与技术
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨震山、张黎明、肖效光、钱霞、路灿云、秦书超、任晓、宋健

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
太赫兹源是太赫兹科学与技术发展的关键一环,太赫兹Smith-Purcell自由电子激光(简称SP-FEL)是很有发展潜力的小型化、可调谐、高功率真空电子学太赫兹源之一。本项目提出一种新型结构的、基于超辐射机制的Smith-Purcell太赫兹自由电子激光设计方案,即采用开放球面谐振腔、环形电子束、三段柱形光栅结构(群聚段、漂移段、辐射段)。该结构具有电子束传输稳定、易于成型、束-波互作用效率高等特点。利用非线性理论、粒子模拟、实验测试等方法深入研究其谐振腔的高频特性、束-波互作用非线性特性、Smith-Purcell的超辐射机制和条件等,以获得该器件产生太赫兹(频率介于0.5THz-1.0THz)超辐射的最优结构参数和工作参数。探索这种结构实现可调谐、高功率、小型化太赫兹辐射源的可行性,进一步推动其实用化进程。
英文摘要
The terahertz(THz) radiation source is one of key issues for developing THz science and technology.The Smith-Purcell terahertz free electron laser (THz SP-FEL) is a potential for the development of compact, tunable and high-power vacuum electronics terahertz source. This project proposes a novel Smith-Purcell terahertz free electron laser operating in the super-radiant regime. The device consists of two open spherical cavities, a ring electron beam and a three-stage cylindrical grating (i.e. bunching stage, drift stage, radiating stage). It has the characteristics of an electron beam of transmission stability and to be shaped easily, a high efficiency of beam-wave interaction. Through the analysis of its high frequency characteristics, the super-radiance mechanism in this Smith-Purcell device, beam-wave interaction by using the nonlinear theory, PIC simulation and experiment test, a set of optimal operating parametera are obtained.The feasibility of the development of a low -cost, compact, tunable and high-power terahertz device. It is a valuable work to further promote the progress of their design and applications.
太赫兹波是一种新颖的、具有独特优点电磁波源,具有广阔的应用前景。太赫兹波段的Smith-Purcell (S-P) 器件具有体积小、重量轻、频率可调谐等优点,成为开发太赫兹真空电子器件的重要途径之一。本课题开展了基于超辐射机制的太赫兹波段Smith-Purcell器件研究,研究内容及取得成果包括如下方面:深入研究了谐振腔的光学性质、电磁学特性及三维场分布特征,进而分析其传输特性、品质因数以及结构参数对谐振腔的高频特性影响,并利用HFSS软件对谐振腔的高频特性进行了模拟计算,对高频系统结构参数进行优化;导出了描述太赫兹波段Smith-Purcell器件的非线性运行方程,编制数值计算程序,研究了束-波互作非线性工作特性,分析了实现超辐射的物理条件和相关途径,讨论了超辐射脉冲增益、脉冲饱和功率、脉冲时间宽度以及进一步提高超辐射值功率措施;利用用粒子模拟软件Magic和VORPAL,进一步模拟分析了束-波互作用特性,优化了器件结构,获得器件最佳的工作状态下(频率介于0.5THz-1.0THz)的结构参数和工作参数。此外,在本项目支持下还开展了光子晶体谐振器研究,电磁波散射研究、电磁波与媒质的互作用特性研究,以及利用量子光学理论研究了谐振-波导结构中光子的纠缠特性,为探索更为优化的S-P器件新结构及新的机理进行了基础研究。课题的研究成果为发展可调谐、高功率、小型化太赫兹电真空器件提供重要参考。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI: --
发表时间: 2016
期刊: 激光与光电子学进展
影响因子: --
作者: [孟现柱]
通讯作者: 孟现柱
DOI: --
发表时间: --
期刊: 激光技术
影响因子: --
作者: [田存伟, 吴立恒, 王明红]
通讯作者: 王明红
Dual-wavelength self-Q-switched Nd:GYSGG laser
双波长自调Q Nd:GYSGG 激光器
DOI: 10.1080/09500340.2015.1061063
发表时间: 2015
期刊: Journal of Modern Optics
影响因子: 1.3
作者: [Song Qi, Wang Guoju, Zhang Bingyuan, Zhang Qingli, Wang Wenjun, Wang Minghong, Sun Guihua, Bo Yong, Peng Qinjun]
通讯作者: Peng Qinjun
Generation of an entangled traveling photon-phonon pair in an optomechanical resonator-waveguide system
光机械谐振器-波导系统中纠缠行进光子-声子对的生成
DOI: 10.1103/physreva.96.013805
发表时间: 2017-07
期刊: Physical Review A
影响因子: 2.9
作者: [Yang Zhenshan, Zhang Xia, Wang Minghong, Bai Chenglin]
通讯作者: Bai Chenglin
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    光子带隙回旋行波管互作用结构的研究
    • 批准号:
      60871047
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      19.0万元
    • 批准年份:
      2008
    • 负责人:
      王明红
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金