光子晶體結(jié)構(gòu)在速調(diào)管中的應(yīng)用.pdf

1、速調(diào)管是一種重要的電真空放大器件，經(jīng)歷了80余年的發(fā)展，目前相關(guān)技術(shù)已較為成熟，然而非工作模式的干擾問題仍是制約其性能進一步提升的一大因素。
　　光子晶體(Photonic Crystal)是一種具有周期性的人工晶體結(jié)構(gòu)。光子帶隙(簡稱PBG)是光子晶體的一大重要特性。頻率處在光子帶隙內(nèi)的電磁波在光子晶體結(jié)構(gòu)中不能傳播。光子晶體還有一個關(guān)鍵特性，即缺陷態(tài)。破壞光子晶體的周期性，構(gòu)造缺陷，則在光子晶體的帶隙范圍內(nèi)將出現(xiàn)缺陷態(tài)。缺陷模

2、式的場將被禁錮在缺陷位置的附近，而禁帶內(nèi)除缺陷態(tài)以外的場都不能存在于光子晶體中，因而光子晶體結(jié)構(gòu)擁有良好的模式選擇特性。光子晶體缺陷可用于構(gòu)造微波諧振腔。
　　由于光子晶體的獨特性質(zhì)，使得這一結(jié)構(gòu)被廣泛運用于多個領(lǐng)域。在電真空領(lǐng)域，如行波管，返波管等中的應(yīng)用，目前也已得到一些研究。而關(guān)于光子晶體在速調(diào)管中應(yīng)用的研究，則較為缺乏。由于光子晶體的模式選擇性，將其應(yīng)用于速調(diào)管中，理論上可以很好地解決傳統(tǒng)速調(diào)管的雜模問題。本論文主要探索將

3、光子晶體結(jié)構(gòu)運用于速調(diào)管之中。
　　本論文首先對光子晶體的一些基本概念和原理進行了介紹，簡單闡述了光子晶體能帶結(jié)構(gòu)的基本理論，并著重介紹了 BandSOLVE和 CST這兩種計算光子晶體帶隙的工具。借助這兩種仿真工具分別對金屬材料三角晶格型光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)進行了計算和對比。并通過仿真光子晶體結(jié)構(gòu)的傳輸特性，對計算的能帶結(jié)構(gòu)進行了驗證。然后，以微波諧振腔的相關(guān)設(shè)計原理為基礎(chǔ)，結(jié)合光子晶體的能帶結(jié)構(gòu)，設(shè)計了用于速調(diào)管中的光子晶體結(jié)構(gòu)

4、輸入、輸出腔以及中間腔。此外，針對諧振腔中的高次模振蕩，提供了有效的解決方案。理論分析和計算結(jié)果表明，由于光子晶體諧振腔工作模式的強烈約束特性，抑制手段對非工作模式具有很好的吸收，而對工作模式則影響很小。最后，運用已完成的光子晶體輸入腔、輸出腔及中間腔設(shè)計了一支光子晶體結(jié)構(gòu)的速調(diào)管。對光子晶體速調(diào)管中出現(xiàn)的電子回流問題進行了分析，提出了改進措施并仿真驗證。仿真結(jié)果顯示光子晶體結(jié)構(gòu)的速調(diào)管在對電子進行速度調(diào)制并最終放大信號的同時，雜模也得