具有背景等离子体的金属光子带隙慢波系统中Cherenkov辐射机理研究

本项目提出了在等离子体加载的金属光子带隙慢波系统中利用Cherenkov效应产生高功率毫米波辐射新设想。通过建立相关的物理模型，开展理论研究，并利用粒子模拟手段，分析探讨等离子体对金属光子带隙结构的能带特性、金属光子带隙慢波系统的色散特性及注波互作用物理机理的影响。在此基础上，研制高频系统，建立实验装置，在8毫米波段进行等离子体加载的原理性实验研究，找出最佳工作参数，优选工作模式，有效地提高输出功率和注波互作用效率。本项目的研究成果及解决的关键技术，可以为发展新型可调谐的高功率毫米波源奠定坚实的理论和技术基础。

本项目对具有背景等离子体的金属光子带隙慢波结构中Cherenkov辐射物理机理问题进行全面研究。建立了磁化等离子体填充的光子带隙结构物理模型，数值计算结果表明磁化等离子体存在导致光子带隙结构中形成新的带隙，通过改变等离子体密度及外加磁场强度调节带隙的宽度和位置；研究了金属光子带隙结构谐振腔的频率选择特性，利用单谐振腔构建8毫米波段Cherenkov辐射源周期性慢波系统，分析色散特性并开展了相应的冷测实验研究，实验测得的结果与理论分析和模拟仿真结果基本一致；采用粒子模拟技术建立了基于等离子体填充的光子带隙结构慢波系统中Cherenkov辐射的三维注波互作用物理模型，模拟研究等离子体填充下新型慢波系统中Cherenkov辐射机理，结果表明背景等离子体能够提高慢波结构表面电场强度，并存在一个最佳的等离子体密度范围，使辐射功率提高约30％；在理论分析和粒子模拟研究的基础上，在8毫米波段进行了热测实验，测试了Cherenkov辐射源的频率、模式及功率，获得了20MW的输出功率。本项目的研究成果对发展新型高功率毫米波段Cherenkov辐射源具有重要的参考价值。. 本项目达到了预期的研究目标。