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《电子科技大学》 2009年
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Hermitian介质及圆柱亚波长孔阵列中电子辐射及互作用的研究

张雅鑫  
【摘要】: 在太赫兹科学技术的研究工作中,太赫兹辐射源是一个急待解决的问题。无论是从科学研究的角度还是从应用角度看,一个便于使用又具有良好性能的太赫兹辐射源就是科学家们追求的目标。因此本论文主要研究电子束在各向异性Hermitian介质中以及新型圆柱型亚波长孔阵列结构中的辐射特性以及互作用机理,旨在为相关太赫兹源的研究、发展提供理论依据及新思路。 本论文主要从理论到模拟研究、从基础到应用,通过对各向异性Hermitian介质Cherenkov辐射理论体系的建立引申到电子在亚波长孔阵列结构中的辐射现象,再将电子束与亚波长孔阵列结构相结合研究该结构中注波互作用过程。 本论文主要研究内容及所得到的成果如下: 1.本文对电子在Hermitian介质中的Cherenkov辐射进行了详尽的讨论,建立了较为完整的理论体系,得到了辐射场解析表达式、辐射功率表达式等,对其辐射条件、特征值、相速、群速、辐射功率进行了研究。结果表明带电粒子在各向异性介质中激发的Cherenkov辐射必须要考虑电荷和电流同时对辐射场的贡献;Hermitan介质中的Cherenkov辐射能向外辐射出两个模式,一个是通常可以向外辐射的“o”模,一个则是往往以局域场出现的“e”模。当满足特殊条件时,两个模式仍然可以同时向外辐射,这个结果有别于传统的在各向同性色散介质中的Cherenkov辐射。此外,Hermitan介质中Cherenkov辐射的辐射场相速大于群速。 2.本文研究了Hermitian介质中的Cherenkov辐射精细结构出现的原因,得出该现象是带电粒子在有损Hermitian介质中Cherenkov辐射固有的一种特殊物理现象,它的出现主要因为辐射场群速比相速小。 3.本文研究了运动Hermitian介质中的Cherenkov辐射,讨论了介质运动速度对辐射场特征值、辐射条件、辐射功率的影响,结果表明在运动Hermitian介质中的Cherenkov辐射同样存在两个不同的辐射模式。并且介质运动速度对“e”模影响十分大,随着速度的增加“e”模场强迅速减小,而“o”模影响则较小。并且在运动介质中同样存在辐射场相速大于群速的情况,当考虑损耗时也同样存在精细结构现象。 4.基于Hermitian介质中Cherenkov辐射的研究本文对电子在圆柱型亚波长孔阵列结构中辐射现象进行了研究。发现,电子在这种结构中辐射场分布明显与传统光栅有所不同,其角向场分布由于周期孔阵列的出现也呈周期分布。鉴于此我们对电子束在这种结构中的互作用以及该结构高频特性也进行了研究。 5.本文分析了圆柱亚波长孔阵列结构色散特性、模式分布以及耦合阻抗,并通过线性理论分析得出了电子束在该结构中互作用色散方程、计算出了互作用增长率,并通过3D粒子模拟软件仿真了该互作用过程。结果发现电子束在这种结构中的互作用能有效降低起振电流密度。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:O572.322

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