金屬柱平板慢波結(jié)構(gòu)的三維模擬研究.pdf

1、真空電子學(xué)太赫茲(THz)輻射源，由于具有較高的功率，所以在軍事和民用領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。 真空電子學(xué)輻射源中慢波結(jié)構(gòu)的特性在很大程度上決定了器件的性能。為了提高真空電子學(xué)輻射源工作的頻率、效率和功率，本文對新型金屬柱光子晶體慢波結(jié)構(gòu)的性能進行了研究。采用三維FDTD方法研究了正方形和正三角兩種排列的金屬柱平板慢波系統(tǒng)的色散特性：在此基礎(chǔ)上，利用PIC模擬軟件對兩種慢波系統(tǒng)中注波互作用的物理過程和太赫茲波的輻射機理進行了研究。

2、 論文首先推導(dǎo)了正方形排列的金屬柱平板周期結(jié)構(gòu)的三維FDTD差分方程，引入周期性邊界條件并運用了三維周期性PML層，以便能夠模擬無限長周期性的自由空間，運用三維FDTD法計算了它的色散曲線，分析了金屬柱的高度、周期長度等參量對色散特性的影響，結(jié)果表明這種結(jié)構(gòu)的色散曲線均與傳統(tǒng)慢波結(jié)構(gòu)的色散曲線極為相似。研究了將金屬柱由正方形排列變?yōu)檎切闻帕械那闆r，計算過程中，對傳統(tǒng)Yee網(wǎng)格經(jīng)行了切割，以適應(yīng)按60°傾斜的周期邊界，從而避免運

3、用復(fù)雜的非正交網(wǎng)格。色散特性的計算結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)的頻率略高于正方形排列。論文最后運用PIC粒子模擬程序分別對正方形和正三角排列的金屬柱平板周期結(jié)構(gòu)分別進行了粒子模擬，研究了它們在三維空間內(nèi)的Smith-Purcell輻射特性。觀測結(jié)果表明，這兩種結(jié)構(gòu)的表面波特性都與傳統(tǒng)慢波結(jié)構(gòu)相似，另外，在工作過程中觀測到了正方形排列周期結(jié)構(gòu)的Smith-Purcell超輻射現(xiàn)象，發(fā)生在與表面波頻率相對應(yīng)的三次諧波和四次諧波上，并且四次諧波的輻射的強