目錄
第1章 太赫茲波的基本特性 1
1.1 引言 1
1.2 太赫茲波的特性 1
1.3 太赫茲波的應(yīng)用 3
1.3.1 太赫茲時(shí)域光譜技術(shù) 3
1.3.2 太赫茲成像技術(shù) 3
1.3.3 太赫茲無線通信 7
1.3.4 其他應(yīng)用 8
1.4 太赫茲輻射源技術(shù) 8
1.4.1 簡介 8
1.4.2 低功率真空電子學(xué)太赫茲源 8
1.4.3 大尺寸高功率真空電子學(xué)太赫茲源 19
參考文獻(xiàn) 24
第2章 太赫茲史密斯--珀塞爾輻射源 28
2.1 引言 28
2.1.1 簡介 28
2.1.2 史密斯–珀塞爾輻射基本原理 28
2.2 電子束團(tuán)史密斯–珀塞爾輻射 29
2.2.1 簡介 29
2.2.2 單電子束團(tuán)輻射能量特征 30
2.2.3 輻射效率因子 31
2.2.4 電子束團(tuán)的史密斯–珀塞爾輻射特性分析 34
2.2.5 超短電子團(tuán)產(chǎn)生史密斯–珀塞爾輻射的PIC模擬分析 43
2.3 有限厚度電子注在任意光柵形狀中的色散方程 49
2.3.1 物理模型 49
2.3.2 任意光柵形狀的色散方程 49
2.4 任意形狀深槽光柵的色散方程 62
2.4.1 理論模型 62
2.4.2 色散特性分析 72
2.5 雙電子注太赫茲史密斯–珀塞爾輻射 74
2.5.1 物理模型 74
2.5.2 光柵各個(gè)區(qū)域的場 76
2.5.3 色散方程 77
2.5.4 太赫茲波段雙電子注史密斯–珀塞爾器件的色散特性 79
2.5.5 太赫茲波段雙電子注史密斯–珀塞爾輻射特性 80
2.6 介質(zhì)加載史密斯–珀塞爾光柵的二維理論 87
2.6.1 二維物理模型與色散方程的推導(dǎo).87
2.6.2 介質(zhì)加載光柵的二維色散方程.87
2.6.3 增長率求解 90
2.6.4 介質(zhì)加載光柵的色散特性分析.93
2.6.5 介質(zhì)填充周期光柵的史密斯–珀塞爾輻射模擬分析 97
2.6.6 小結(jié) 100
2.7 介質(zhì)加載史密斯–珀塞爾光柵的三維理論 100
2.7.1 三維物理模型與色散方程 100
2.7.2 三維情況下一階與二階增長率的比較.104
2.7.3 介質(zhì)加載光柵的色散特性分析 107
2.7.4 小結(jié) 112
2.8 太赫茲史密斯–珀塞爾實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 112
2.8.1 簡介 112
2.8.2 太赫茲波頻率測量 M-P 干涉儀 112
2.8.3 實(shí)驗(yàn)參數(shù) 114
2.8.4 實(shí)驗(yàn)裝置 115
參考文獻(xiàn) 116
第3章 超短電子束團(tuán)的太赫茲輻射源 118
3.1 引言 118
3.2 相干渡越輻射的基本原理 118
3.2.1 基本理論 118
3.2.2 渡越輻射的太赫茲能量 124
3.2.3 渡越輻射的太赫茲波輻射特征 127
3.3 有限尺寸束靶相干渡越的太赫茲波輻射 133
3.3.1 有限尺寸束靶的物理模型 133
3.3.2 有限尺寸束靶產(chǎn)生CTR的輻射特征 138
3.4 超短電子束團(tuán)產(chǎn)生的太赫茲輻射 145
3.4.1 加速后超短電子束團(tuán)產(chǎn)生太赫茲輻射的理論分析 145
3.4.2 加速后超短電子束團(tuán)的動(dòng)力學(xué)特性 147
3.4.3 超短電子束團(tuán)產(chǎn)生 CTR 的太赫茲輻射 156
3.5 超短電子束團(tuán)的太赫茲自由電子激光 166
3.5.1 簡介 166
3.5.2 基本原理 168
3.5.3 自由電子激光的線性理論 171
3.5.4 太赫茲自由電子激光 178
3.5.5 太赫茲自由電子激光的應(yīng)用 182
參考文獻(xiàn) 183
第4章 太赫茲折疊波導(dǎo)行波管 187
4.1 引言 187
4.1.1 行波管發(fā)展歷史 187
4.1.2 行波管工作原理 191
4.1.3 主要參量 193
4.2 行波管互作用方程 194
4.2.1 電路理論 194
4.2.2 電子學(xué)理論 197
4.2.3 特征方程 197
4.2.4 忽略截止模的縱向場求解 198
4.3 太赫茲折疊波導(dǎo)行波管線性理論 200
4.3.1 簡介 200
4.3.2 折疊波導(dǎo)簡單電路 201
4.3.3 折疊波導(dǎo)等效電路 204
4.3.4 折疊波導(dǎo)高頻特性理論計(jì)算 209
4.4 太赫茲折疊波導(dǎo)行波管非線性理論 211
4.4.1 簡介 211
4.4.2 折疊波導(dǎo)行波放大器的非線性理論 212
4.4.3 空間電荷場求解 217
4.4.4 電子運(yùn)動(dòng)方程 218
4.4.5 電子對波的反作用 219
4.4.6 初始化條件 220
4.4.7 理論與仿真結(jié)果的對比 221
4.5 雙電子注折疊波導(dǎo)行波管線性理論 226
4.5.1 簡介 226
4.5.2 雙注折疊波導(dǎo)行波管的小信號理論 227
4.5.3 雙注折疊波導(dǎo)行波管的傳輸特性 232
4.5.4 雙注折疊波導(dǎo)的模式與電場研究 235
4.5.5 TE10模雙注折疊波導(dǎo)行波放大器的注–波互作用模擬 237
4.5.6 TE20模雙注折疊波導(dǎo)行波放大器的注–波互作用模擬 239
4.5.7 級聯(lián)TE20模雙注折疊波導(dǎo)行波放大器的注–波互作用模擬 243
4.6 雙注折疊波導(dǎo)行波管注–波互作用非線性理論 246
4.6.1 基本假設(shè)及物理模型的建立 246
4.6.2 高頻場方程求解 247
4.6.3 空間電荷場求解 249
4.6.4 電子運(yùn)動(dòng)方程 250
4.6.5 電子對波的反作用 251
4.6.6 初始化條件 253
4.6.7 理論與仿真結(jié)果的對比 253
4.7 相速漸變折疊波導(dǎo)行波管 260
4.7.1 相速漸變折疊波導(dǎo)的理論分析 260
4.7.2 直波導(dǎo)相速漸變折疊波導(dǎo)的設(shè)計(jì) 262
4.7.3 介質(zhì)加載漸變折疊波導(dǎo)的設(shè)計(jì)方法 269
4.8 返波激勵(lì)行波放大的級聯(lián)折疊波導(dǎo)管 275
4.8.1 FW-BWO激勵(lì)的FW-TWT放大器的設(shè)計(jì) 275
4.8.2 粒子模擬研究 277
4.9 太赫茲空間行波管 279
4.9.1 簡介 279
4.9.2 基本結(jié)構(gòu) 279
4.9.3 太赫茲行波管理論設(shè)計(jì) 280
4.9.4 空間行波管制造工藝 292
4.9.5 太赫茲行波管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 293
4.9.6 太赫茲空間行波管熱分析 297
4.9.7 太赫茲空間行波管測試 300
4.9.8 級聯(lián)太赫茲行波管測試 301
參考文獻(xiàn) 303
第5章 太赫茲返波管 307
5.1 引言 307
5.1.1 返波管發(fā)展歷史 307
5.1.2 返波管工作原理 310
5.2 返波管互作用方程 310
5.2.1 電子學(xué)方程 311
5.2.2 電路方程 312
5.2.3 注–波互作用方程 313
5.2.4 起振條件 316
5.2.5 考慮空間電荷效應(yīng)的起振條件 317
5.2.6 振蕩水平以下的特征 319
5.3 平板矩形光柵太赫茲返波管 319
5.3.1 物理模型 320
5.3.2 平板矩形波導(dǎo)光柵的“冷”色散方程 320
5.3.3 單電子注嵌入矩形光柵返波管注–波互作用分析 321
5.3.4 嵌入式圓形雙電子注矩形柵的太赫茲返波管 346
5.4 單電子注折疊波導(dǎo)太赫茲返波管 350
5.4.1 折疊波導(dǎo)高頻結(jié)構(gòu)的色散特性 350
5.4.2 折疊波導(dǎo)太赫茲返波振蕩器的輸出特性 351
5.5 雙電子注折疊波導(dǎo)太赫茲返波管 353
5.5.1 簡介 353
5.5.2 雙注折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的色散特性 353
5.5.3 雙注折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的耦合阻抗 377
5.5.4 雙注折疊波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的損耗 380
5.6 太赫茲返波管設(shè)計(jì) 383
5.6.1 電子槍設(shè)計(jì) 383
5.6.2 永磁聚焦系統(tǒng)設(shè)計(jì) 385
5.6.3 高頻系統(tǒng) 388
5.6.4 輸能窗設(shè)計(jì) 389
5.6.5 收集極 390
5.6.6 0.5THz返波管整管結(jié)構(gòu) 390
5.7 小結(jié) 391
參考文獻(xiàn) 391
第6章 太赫茲擴(kuò)展互作用速調(diào)管 394
6.1 引言 394
6.1.1 太赫茲擴(kuò)展互作用速調(diào)管簡介 394
6.1.2 太赫茲互作用速調(diào)管發(fā)展現(xiàn)狀 395
6.2 太赫茲擴(kuò)展互作用速調(diào)管的設(shè)計(jì)方法 399
6.2.1 傳統(tǒng)速調(diào)管的基本原理 399
6.2.2 擴(kuò)展互作用速調(diào)管基本原理 402
6.2.3 太赫茲擴(kuò)展互作用速調(diào)管高頻系統(tǒng)設(shè) 408
6.3 太赫茲擴(kuò)展互作用速調(diào)管的應(yīng)用 424
6.3.1 空間應(yīng)用 424
6.3.2 動(dòng)態(tài)核極化–核磁共振譜儀 425
6.3.3 主動(dòng)拒止系統(tǒng)與反恐 426
6.3.4 EIK在其他方面的應(yīng)用 426
參考文獻(xiàn) 427
第7章 太赫茲回旋管 430
7.1 引言 430
7.1.1 回旋管分類 430
7.1.2 太赫茲回旋管發(fā)展現(xiàn)狀 433
7.2 太赫茲回旋管振蕩器436
7.2.1 簡介 436
7.2.2 回旋管振蕩器基本原理 437
7.2.3 太赫茲回旋振蕩器的設(shè)計(jì) 448
7.3 太赫茲回旋管放大器456
7.3.1 放大器基本原理 456
7.3.2 回旋放大器的互作用電路分析 456
7.3.3 色散關(guān)系 464
7.3.4 放大器中振蕩抑制方法 467
7.3.5 一種超高增益方案 468
7.3.6 諧波倍增放大 468
7.3.7 小結(jié) 469
7.4 太赫茲回旋管的應(yīng)用470
7.4.1 簡介 470
7.4.2 在磁約束核聚變中的應(yīng)用 470
7.4.3 在DNP-NMR中的應(yīng)用 471
7.4.4 在無損檢測中的應(yīng)用 474
7.4.5 在軍事中的應(yīng)用 476
參考文獻(xiàn) 477
第8章 太赫茲真空電子器件陰極技術(shù) 484
8.1 太赫茲真空電子器件對陰極性能的要求 484
8.2 高電流密度電子注可選用的陰極 485
8.3 含鈧陰極研究發(fā)展歷程 487
8.3.1 鈧酸鹽陰極 487
8.3.2 混合基含鈧擴(kuò)散型陰極 487
8.3.3 “頂層”型含鈧擴(kuò)散型陰極 488
8.3.4 氧化鈧摻雜鎢基亞微米結(jié)構(gòu)含鈧擴(kuò)散陰極 489
8.4 亞微米結(jié)構(gòu)含鈧陰極 490
8.4.1 氧化鈧摻雜鎢基體 490
8.4.2 基體表面特性 493
8.4.3 陰極發(fā)射鹽 494
8.4.4 浸漬型含鈧擴(kuò)散陰極的表征 497
8.4.5 陰極脈沖特性 498
8.5 電子束陰極 506
8.5.1 鍍膜刻蝕陰極的電子束分析 507
8.5.2 微加工遮擋層陰極的電子束分析 508
8.5.3 矩形電子束源的壽命 512
8.6 陰極的表面元素分析和發(fā)射機(jī)理 513
8.6.1 激活后陰極表面分析 513
8.6.2 陰極表面活性元素抗離子轟擊能力研究 515
8.6.3 陰極發(fā)射機(jī)理探討 516
8.6.4 陰極發(fā)射性能變化 519
8.6.5 壽命過程中陰極的表面活性層變化 522
8.6.6 半導(dǎo)體模型修正的電子發(fā)射模型計(jì)算 526
參考文獻(xiàn) 533
第9章 太赫茲真空電子器件微高頻系統(tǒng)制備技術(shù) 536
9.1 引言 536
9.2 太赫茲微結(jié)構(gòu)制備方法簡介 536
9.2.1 簡介 536
9.2.2 光學(xué)曝光技術(shù) 537
9.2.3 刻蝕技術(shù)簡介 545
9.2.4 聚焦離子束技術(shù) 549
9.2.5 薄膜制造技術(shù) 551
9.3 太赫茲光柵高頻結(jié)構(gòu)制備 551
9.3.1 簡介 551
9.3.2 X-LIGA工藝路線 552
9.3.3 測試結(jié)果與分析 555
9.4 太赫茲折疊波導(dǎo)高頻結(jié)構(gòu)制備 556
9.4.1 簡介 556
9.4.2 折疊波導(dǎo)制備方法 557
9.4.3 折疊波導(dǎo)制備的關(guān)鍵工藝 560
9.4.4 測試結(jié)果與分析 564
9.5 太赫茲正弦波導(dǎo)高頻結(jié)構(gòu)制備 565
9.5.1 簡介 565
9.5.2 1.0THz行波管正弦高頻結(jié)構(gòu)的制備 567
9.5.3 測試結(jié)果與分析 572
參考文獻(xiàn) 574