Tapadh leibh airson tadhal air Nature.com. Tha taic chuingealaichte aig an dreach brabhsair a tha thu a’ cleachdadh airson CSS. Airson an eòlas as fheàrr, tha sinn a’ moladh gun cleachd thu brabhsair ùraichte (no gun cuir thu dheth modh co-chòrdalachd ann an Internet Explorer). Aig an aon àm, gus dèanamh cinnteach à taic leantainneach, bidh sinn a’ taisbeanadh an làraich gun stoidhlichean agus JavaScript.
Anns a’ phàipear seo, tha tiùb tonn siubhail dà-lann eadar-fhighte àrd-chumhachd leathan-bann 220GHz air a dhealbhadh agus air a dhearbhadh. An toiseach, thathas a’ moladh structar tonn slaodach dà-lann le dà ghath planar. Le bhith a’ cleachdadh sgeama obrachaidh dà-mhodh, tha an coileanadh tar-chuir agus an leud-bann faisg air dùbailte na tha aig aon mhodh. San dàrna àite, gus coinneachadh ri riatanasan cumhachd toraidh àrd agus seasmhachd an tiùba tonn siubhail a leasachadh, tha siostam optigeach dealanach dùbailte cumadh peansail air a dhealbhadh, tha am bholtadh dràibhidh 20 ~ 21 kV, agus tha an sruth 2 × 80 mA. Amasan dealbhaidh. Le bhith a’ cleachdadh pàirt a’ masg agus an electrod smachd anns a’ ghunna beam dùbailte, faodar an dà ghath peansail a chuimseachadh air feadh an ionadan fa leth le co-mheas teannachaidh de 7, tha an astar fòcas timcheall air 0.18mm, agus tha an seasmhachd math. Chaidh an siostam fòcas magnetach èideadh a bharrachadh cuideachd. Faodaidh an t-astar tar-chuir seasmhach den ghath electron dùbailte planar ruighinn 45 mm, agus tha an raon magnetach fòcas 0.6 T, a tha gu leòr airson an siostam tricead àrd (HFS) gu lèir a chòmhdach. An uairsin, gu gus comas-cleachdaidh an t-siostaim dealanach-optaigeach agus coileanadh an structair tonn-slaodach a dhearbhadh, chaidh atharrais cealla mìrean (PIC) a dhèanamh air an HFS gu lèir cuideachd. Tha na toraidhean a’ sealltainn gun urrainn don t-siostam eadar-obrachadh beam cumhachd toraidh as àirde de faisg air 310 W a choileanadh aig 220 GHz, is e 20.6 kV am bholtadh beam leasaichte, is e 2 × 80 mA an sruth beam, is e 38 dB an buannachd, agus tha an leud-bann 3-dB nas àirde na 35 dB mu 70 GHz. Mu dheireadh, thèid saothrachadh meanbh-structar àrd-chruinneas a dhèanamh gus coileanadh an HFS a dhearbhadh, agus tha na toraidhean a’ sealltainn gu bheil feartan an leud-bann agus an tar-chuir ann an deagh cho-chòrdadh ris na toraidhean atharrais. Mar sin, thathar an dùil gun leasaich an sgeama a thathar a’ moladh sa phàipear seo stòran rèididheachd terahertz-bann àrd-chumhachd, ultra-leathann le comas airson tagraidhean san àm ri teachd.
Mar inneal dealanach falamh traidiseanta, tha pàirt do-sheachanta aig tiùb tonn siubhail (TWT) ann am mòran thagraidhean leithid radar àrd-rèiteachaidh, siostaman conaltraidh saideal, agus rannsachadh fànais1,2,3. Ach, mar a bhios an tricead obrachaidh a’ dol a-steach don chòmhlan terahertz, chan eil an TWT cuas-cheangailte traidiseanta agus an TWT helical air a bhith comasach air coinneachadh ri feumalachdan dhaoine air sgàth cumhachd toraidh an ìre mhath ìosal, leud-bann cumhang, agus pròiseasan saothrachaidh duilich. Mar sin, tha mar a leasaicheas tu coileanadh a’ chòmhlain THz gu coileanta air a bhith na chùis draghail dha mòran ionadan rannsachaidh saidheansail. Anns na bliadhnachan mu dheireadh, tha structaran tonn slaodach ùra (SWSn), leithid structaran dà-lann staggered (SDV) agus structaran treòraiche tonn fillte (FW), air aire mhòr fhaighinn air sgàth an structaran rèidh nàdarra, gu sònraichte na SDV-SWSn ùra le comas gealltanach. Chaidh an structar seo a mholadh le UC-Davis ann an 20084. Faodar an structar rèidh a dhèanamh gu furasta le dòighean giullachd micro-nano leithid smachd àireamhach coimpiutair (CNC) agus UV-LIGA, faodaidh an structar pacaid uile-mheatailt comas teirmeach nas motha a thoirt seachad le toradh nas àirde. cumhachd agus buannachd, agus faodaidh an structar coltach ri treòraiche-tonn leud-bann obrach nas fharsainge a thoirt seachad cuideachd. An-dràsta, sheall UC Davis airson a’ chiad uair ann an 2017 gum faod SDV-TWT toraidhean àrd-chumhachd a ghineadh a tha nas àirde na 100 W agus comharran leud-bann faisg air 14 GHz anns a’ chòmhlan-G5. Ach, tha beàrnan fhathast anns na toraidhean seo nach urrainn coinneachadh ri riatanasan co-cheangailte cumhachd àrd agus leud-bann farsaing anns a’ chòmhlan terahertz. Airson SDV-TWT còmhlan-G UC-Davis, chaidh gathan dealanach duilleig a chleachdadh. Ged as urrainn don sgeama seo comas giùlain sruth a’ ghatha a leasachadh gu mòr, tha e duilich astar tar-chuir fada a chumail suas air sgàth neo-sheasmhachd siostam optigeach dealanach gathan duilleig (EOS), agus tha tunail gathan thar-mhodh ann, a dh’ fhaodadh cuideachd adhbhrachadh gum bi an gathan fèin-riaghlaidh. – Brosnachadh agus crathadh 6,7. Gus coinneachadh ri riatanasan cumhachd toraidh àrd, leud-bann farsaing agus deagh sheasmhachd THz TWT, thathas a’ moladh SDV-SWS dà-bhìom le obrachadh dà-mhodh san phàipear seo. Is e sin, gus an leud-bann obrachaidh a mheudachadh, thathas a’ moladh agus a’ toirt a-steach obrachadh dà-mhodh san structar seo. Agus, gus an cumhachd toraidh a mheudachadh, thathas a’ cleachdadh sgaoileadh rèidh de bhìoman peansail dùbailte cuideachd. Tha rèidiothan beam peansail singilte an ìre mhath beag air sgàth cuingealachaidhean meud dìreach. Ma tha an dùmhlachd gnàthach ro àrd, feumar an sruth beam a lughdachadh, agus mar thoradh air sin tha cumhachd toraidh an ìre mhath ìosal. Gus an sruth beam a leasachadh, tha EOS ioma-bhìom sgaoilte rèidh air nochdadh, a bhios a’ cleachdadh meud taobhach an SWS. Air sgàth an tunail beam neo-eisimeileach, faodaidh an ioma-bhìom sgaoilte rèidh cumhachd toraidh àrd a choileanadh le bhith a’ cumail suas sruth beam iomlan àrd agus sruth beag gach beam, a dh’ fhaodadh tunail beam cus-mhodh a sheachnadh an taca ri innealan beam-duilleig. Mar sin, tha e buannachdail seasmhachd an tiùba tonn siubhail a chumail suas. Air bunait obair roimhe8,9, tha am pàipear seo a’ moladh còmhlan-G giùlan peansail dùbailte EOS le fòcas air raon magnetach èideadh, a dh’ fhaodas astar tar-chuir seasmhach a’ ghioma a leasachadh gu mòr agus an raon eadar-obrachaidh giooma a mheudachadh tuilleadh, agus mar sin a’ leasachadh cumhachd an toraidh gu mòr.
Seo structar a’ phàipeir seo. An toiseach, tha dealbhadh cealla SWS le paramadairean, mion-sgrùdadh air feartan sgapaidh agus toraidhean atharrais àrd-tricead air an tuairisgeul. An uairsin, a rèir structar cealla an aonaid, tha siostam EOS beam peansail dùbailte agus siostam eadar-obrachaidh beam air an dealbhadh sa phàipear seo. Tha toraidhean atharrais mìrean intracellular air an taisbeanadh cuideachd gus dearbhadh a dhèanamh air comas cleachdaidh EOS agus coileanadh SDV-TWT. A bharrachd air an sin, tha am pàipear a’ taisbeanadh goirid na toraidhean saothrachaidh agus deuchainn fuar gus dearbhadh a dhèanamh air ceartas an HFS gu lèir. Mu dheireadh, dèan geàrr-chunntas.
Mar aon de na pàirtean as cudromaiche den TWT, tha feartan sgapaidh structar tonn-slaodach a’ nochdadh a bheil astar an dealanaich a’ freagairt ri astar ìre an SWS, agus mar sin tha buaidh mhòr aige air an eadar-obrachadh beam-tonn. Gus coileanadh an TWT gu lèir a leasachadh, tha structar eadar-obrachaidh leasaichte air a dhealbhadh. Tha structar cealla an aonaid air a shealltainn ann am Figear 1. A’ beachdachadh air neo-sheasmhachd a’ bhìm dhuilleag agus cuingealachadh cumhachd a’ bhìm pheann singilte, tha an structar a’ gabhail ri beam peann dùbailte gus cumhachd toraidh agus seasmhachd obrachaidh a leasachadh tuilleadh. Aig an aon àm, gus an leud-bann obrach a mheudachadh, chaidh modh dùbailte a mholadh airson obrachadh SWS. Air sgàth co-chothromachd structar an SDV, faodar fuasgladh co-aontar sgaoilidh an achaidh electromagnetic a roinn ann am modhan neònach is cothromach. Aig an aon àm, thathas a’ cleachdadh modh neònach bunaiteach a’ chòmhlain tricead ìosal agus modh cothromach bunaiteach a’ chòmhlain tricead àrd gus sioncronachadh leathann-bann eadar-obrachadh a’ bhìm a thoirt gu buil, agus mar sin a’ leasachadh an leud-bann obrach tuilleadh.
A rèir nan riatanasan cumhachd, tha an tiùb gu lèir air a dhealbhadh le bholtaids dràibhidh de 20 kV agus sruth beam dùbailte de 2 × 80 mA. Gus am bholtaids a mhaidseadh cho dlùth 's as urrainn ri leud-bann obrachaidh an SDV-SWS, feumaidh sinn fad na h-ùine p obrachadh a-mach. Tha an dàimh eadar bholtaids beam agus ùine air a shealltainn ann an co-aontar (1)10:
Le bhith a’ suidheachadh an atharrachaidh ìre gu 2.5π aig tricead meadhanach 220 GHz, faodar an ùine p obrachadh a-mach mar 0.46 mm. Tha Figear 2a a’ sealltainn feartan sgapaidh cealla aonaid SWS. Tha an loidhne-bhìoma 20 kV a’ freagairt gu math ris a’ lùb dà-mhodhail. Faodaidh còmhlain tricead co-ionnan ruighinn timcheall air 70 GHz anns na raointean 210–265.3 GHz (modh neònach) agus 265.4–280 GHz (modh cothromach). Tha Figear 2b a’ sealltainn an impedance ceangail cuibheasach, a tha nas motha na 0.6 Ω bho 210 gu 290 GHz, a’ nochdadh gum faodadh eadar-obrachaidhean làidir tachairt anns an leud-bann obrachaidh.
(a) Feartan sgapaidh SDV-SWS dà-mhodh le loidhne-bhìoma dealanach 20 kV. (b) Impedance eadar-obrachaidh cuairt tonn-slaodach SDV.
Ach, tha e cudromach a thoirt fa-near gu bheil beàrn còmhlain eadar na modhan neònach is cothromach, agus mar as trice bidh sinn a’ toirt iomradh air a’ bheàrn còmhlain seo mar a’ chòmhlan stad, mar a chithear ann am Figear 2a. Ma thèid an TWT obrachadh faisg air a’ chòmhlan tricead seo, faodaidh neart ceangail beam làidir tachairt, a dh’ adhbhraicheas crithidhean nach eilear ag iarraidh. Ann an tagraidhean practaigeach, mar as trice bidh sinn a’ seachnadh TWT a chleachdadh faisg air a’ chòmhlan stad. Ach, chithear nach eil beàrn còmhlain an structair tonn-slaodach seo ach 0.1 GHz. Tha e duilich faighinn a-mach a bheil am beàrn còmhlain beag seo ag adhbhrachadh crithidhean. Mar sin, thèid seasmhachd obrachaidh timcheall air a’ chòmhlan stad a sgrùdadh anns an earrann atharrais PIC a leanas gus sgrùdadh a dhèanamh a bheil crithidhean nach eilear ag iarraidh a’ tachairt.
Tha modail an HFS gu lèir air a shealltainn ann am Figear 3. Tha dà ìre de SDV-SWS ann, ceangailte le meòraichean Bragg. Is e gnìomh an meòraiche an tar-chur comharran eadar an dà ìre a ghearradh dheth, casg a chuir air crith agus meòrachadh mhodhan neo-obrachail leithid modhan àrd-òrdugh a chaidh a chruthachadh eadar na lannan àrda is ìosal, agus mar sin a’ leasachadh seasmhachd an tiùba gu lèir gu mòr. Airson ceangal ris an àrainneachd a-muigh, thathas cuideachd a’ cleachdadh ceanglaiche teipichte loidhneach gus an SWS a cheangal ri treòraiche tonn àbhaisteach WR-4. Tha co-èifeachd tar-chuir an structair dà-ìre air a thomhas le fuasgladh raon-ùine anns a’ bhathar-bog atharrais 3D. A’ beachdachadh air fìor bhuaidh a’ chòmhlain terahertz air an stuth, tha stuth a’ chèis falamh air a shuidheachadh an toiseach gu copar, agus tha an seoltachd air a lughdachadh gu 2.25 × 107 S / m12.
Tha Figear 4 a’ sealltainn nan toraidhean tar-chuir airson HFS le agus às aonais luchd-ceangail loidhneach teipichte. Tha na toraidhean a’ sealltainn nach eil mòran buaidh aig a’ cheanglaiche air coileanadh tar-chuir an HFS gu lèir. Tha call tilleadh (S11 < −10 dB) agus call cuir a-steach (S21 > −5 dB) an t-siostaim gu lèir anns a’ bhann-leathann 207~280 GHz a’ sealltainn gu bheil feartan tar-chuir math aig HFS.
Mar sholar cumhachd innealan dealanach falamh, bidh an gunna dealanach a’ dearbhadh gu dìreach an urrainn don inneal cumhachd toraidh gu leòr a ghineadh. Còmhla ri mion-sgrùdadh HFS ann an Earrann II, feumar EOS dà-bhìom a dhealbhadh gus cumhachd gu leòr a thoirt seachad. Anns a’ phàirt seo, stèidhichte air obair roimhe ann an W-band8,9, tha gunna dealanach peansail dùbailte air a dhealbhadh a’ cleachdadh pàirt masg planar agus electrodan smachd. An toiseach, a rèir riatanasan dealbhaidh SWS ann an Earrann. Mar a chithear ann am Figear. 2, tha bholtadh dràibhidh Ua nan gathan dealanach air a shuidheachadh an toiseach gu 20 kV, tha sruthan I an dà ghathan dealanach le chèile 80 mA, agus tha trast-thomhas a’ ghatha dw nan gathan dealanach 0.13 mm. Aig an aon àm, gus dèanamh cinnteach gum faodar dùmhlachd làithreach a’ ghatha dealanach agus a’ chatod a choileanadh, tha co-mheas teannachaidh a’ ghatha dealanach air a shuidheachadh gu 7, agus mar sin tha dùmhlachd làithreach a’ ghatha dealanach 603 A/cm2, agus tha dùmhlachd làithreach a’ chatod 86 A/cm2, a ghabhas coileanadh le bhith a’ cleachdadh stuthan catod ùra. A rèir teòiridh dealbhaidh 14, 15, 16, 17, faodar gunna dealanach Pierce àbhaisteach aithneachadh gu sònraichte.
Tha Figear 5 a’ sealltainn nan diagraman sgemataig chòmhnard is dhìreach den ghunna, fa leth. Chithear gu bheil pròifil a’ ghunna dealanach anns an t-slighe-x cha mhòr co-ionann ri pròifil gunna dealanach àbhaisteach coltach ri duilleag, agus anns an t-slighe-y tha an dà ghath dealanach air an sgaradh gu ìre leis a’ masg. Tha suidheachadh an dà chatòid aig x = – 0.155 mm, y = 0 mm agus x = 0.155 mm, y = 0 mm, fa leth. A rèir riatanasan dealbhaidh co-mheas teannachaidh agus meud stealladh dealanach, tha tomhasan an dà uachdar catòid air an dearbhadh mar 0.91 mm × 0.13 mm.
Gus an raon dealain fòcasach a gheibh gach gath dealanach anns an t-slighe-x a dhèanamh co-chothromach mun ionad aige fhèin, tha am pàipear seo a’ cur electrod smachd ris a’ ghunna dealanach. Le bhith a’ suidheachadh bholtaids an electrod fòcasach agus an electrod smachd gu −20 kV, agus bholtaids an anòd gu 0 V, is urrainn dhuinn sgaoileadh slighe a’ ghunna dà-ghathach fhaighinn, mar a chithear ann am Figear 6. Chithear gu bheil deagh cho-dhùmhlachd aig na dealanach a thèid a leigeil a-mach anns an t-slighe-y, agus bidh gach gath dealanach a’ tighinn còmhla a dh’ionnsaigh an t-slighe-x air feadh a mheadhan co-chothromachd fhèin, a tha a’ nochdadh gu bheil an electrod smachd a’ cothromachadh an raoin dealain neo-ionann a chruthaicheas an electrod fòcasach.
Tha Figear 7 a’ sealltainn cèis a’ ghatha anns na stiùiridhean x agus y. Tha na toraidhean a’ sealltainn gu bheil astar ro-mheasaidh a’ ghatha electron anns an stiùireadh x eadar-dhealaichte bhon fhear anns an stiùireadh y. Tha an t-astar tilgeil anns an stiùireadh x mu 4mm, agus tha an t-astar tilgeil anns an stiùireadh y faisg air 7mm. Mar sin, bu chòir an fhìor astar tilgeil a thaghadh eadar 4 agus 7 mm. Tha Figear 8 a’ sealltainn earrann-tarsainn a’ ghatha electron aig 4.6 mm bho uachdar a’ chatod. Chì sinn gu bheil cumadh na h-earrainn-tarsainn as fhaisge air gath electron cruinn àbhaisteach. Tha an t-astar eadar an dà ghath electron faisg air an 0.31 mm a chaidh a dhealbhadh, agus tha an radius mu 0.13 mm, a choinnicheas ri riatanasan an dealbhaidh. Tha Figear 9 a’ sealltainn toraidhean atharrais sruth a’ ghatha. Chithear gu bheil an dà shruth ghatha 76mA, a tha ann an deagh cho-chòrdadh ris an 80mA a chaidh a dhealbhadh.
A’ beachdachadh air caochlaideachd bholtaids dràibhidh ann an tagraidhean practaigeach, tha e riatanach cugallachd bholtaids a’ mhodail seo a sgrùdadh. Anns an raon bholtaids 19.8 ~ 20.6 kV, gheibhear na cèisean srutha is sruth beam, mar a chithear ann am Figear 1 agus Figear 1.10 agus 11. Bho na toraidhean, chithear nach eil buaidh sam bith aig atharrachadh bholtaids dràibhidh air cèis beam electron, agus chan eil sruth beam electron ag atharrachadh ach bho 0.74 gu 0.78 A. Mar sin, faodar a mheas gu bheil cugallachd mhath ri bholtaids aig a’ ghunna electron a chaidh a dhealbhadh sa phàipear seo.
Buaidh atharrachaidhean bholtaids dràibhidh air cèisean beam ann an stiùireadh-x agus stiùireadh-y.
’S e siostam fòcas magnetach maireannach cumanta a th’ ann an raon fòcas magnetach èideadh. Air sgàth an raoin magnetach èideadh air feadh seanail a’ ghatha, tha e glè fhreagarrach airson gathan dealanach axisymmetric. Anns an earrainn seo, thathar a’ moladh siostam fòcas magnetach èideadh airson tar-chur fad-astar gathan peansail dùbailte a chumail suas. Le bhith a’ dèanamh anailis air an raon magnetach agus cèis a’ ghatha a chaidh a chruthachadh, thathar a’ moladh sgeama dealbhaidh an t-siostaim fòcas, agus thathar a’ sgrùdadh na duilgheadas cugallachd. A rèir teòiridh tar-chuir seasmhach gathan peansail singilte18,19, faodar luach raon magnetach Brillouin obrachadh a-mach le co-aontar (2). Anns a’ phàipear seo, bidh sinn cuideachd a’ cleachdadh an co-ionannachd seo gus tuairmse a dhèanamh air raon magnetach gathan peansail dùbailte sgaoilte gu taobhach. Còmhla ris a’ ghunna dealanach a chaidh a dhealbhadh sa phàipear seo, tha luach an raoin magnetach obraichte timcheall air 4000 Gs. A rèir Ref. 20, mar as trice thèid 1.5-2 uiread an luach obraichte a thaghadh ann an dealbhaidhean practaigeach.
Tha Figear 12 a’ sealltainn structar siostam fòcas achaidh magnetach èideadh. Is e am pàirt ghorm am magnet maireannach air a magnetachadh san t-slighe aiseach. Is e NdFeB no FeCoNi an taghadh stuthan. Is e 1.3 T an remanence Br a chaidh a shuidheachadh anns a’ mhodail atharrais agus is e 1.05 an treòiteachd. Gus dèanamh cinnteach à tar-chur seasmhach a’ ghatha anns a’ chuairt gu lèir, tha fad a’ mhagnait air a shuidheachadh an toiseach gu 70 mm. A bharrachd air an sin, tha meud a’ mhagnait anns an t-slighe x a’ dearbhadh a bheil an raon magnetach transverse ann an seanal a’ ghatha èideadh, a dh’ fheumas nach urrainn don mheud anns an t-slighe x a bhith ro bheag. Aig an aon àm, a’ beachdachadh air cosgais agus cuideam an tiùba gu lèir, cha bu chòir meud a’ mhagnait a bhith ro mhòr. Mar sin, tha na magnets air an suidheachadh an toiseach gu 150 mm × 150 mm × 70 mm. Aig an aon àm, gus dèanamh cinnteach gum faodar a’ chuairt tonn-slaodach gu lèir a chuir anns an t-siostam fòcas, tha an t-astar eadar na magnets air a shuidheachadh gu 20mm.
Ann an 2015, mhol Purna Chandra Panda21 pìos pòla le toll ceumach ùr ann an siostam fòcas magnetach èideadh, a dh’ fhaodadh meud aodion an t-sruth chun chatod agus an raon magnetach transverse a thèid a chruthachadh aig toll a’ phìos pòla a lughdachadh tuilleadh. Anns a’ phàipear seo, cuiridh sinn structar ceumach ris a’ phìos pòla den t-siostam fòcas. Tha tiughas a’ phìos pòla air a shuidheachadh an toiseach gu 1.5mm, tha àirde is leud nan trì ceumannan 0.5mm, agus tha an t-astar eadar tuill a’ phìos pòla 2mm, mar a chithear ann am Figear 13.
Tha Figear 14a a’ sealltainn sgaoileadh an raoin magnetach aiseach air feadh loidhnichean-meadhain an dà ghath electron. Chithear gu bheil feachdan an raoin magnetach air feadh an dà ghath electron co-ionann. Tha luach an raoin magnetach mu 6000 Gs, a tha 1.5 uiread an raoin Brillouin teòiridheach gus coileanadh tar-chuir agus fòcas a mheudachadh. Aig an aon àm, tha an raoin magnetach aig a’ chatod faisg air 0, a’ nochdadh gu bheil buaidh mhath aig a’ phìos pòla air casg a chuir air aodion sruth magnetach. Tha Figear 14b a’ sealltainn sgaoileadh an raoin magnetach transverse By anns an t-slighe z aig oir àrd an dà ghath electron. Chithear gu bheil an raoin magnetach transverse nas lugha na 200 Gs a-mhàin aig toll a’ phìos pòla, agus anns a’ chuairt tonn-slaodach, tha an raoin magnetach transverse cha mhòr neoni, a tha a’ dearbhadh gu bheil buaidh an raoin magnetach transverse air a’ ghath electron glè bheag. Gus casg a chuir air sàthadh magnetach nam pìosan pòla, tha e riatanach neart an raoin magnetach taobh a-staigh nam pìosan pòla a sgrùdadh. Tha Figear 14c a’ sealltainn luach iomlan sgaoileadh an raoin magnetach taobh a-staigh a’ phìos pòla. Chithear gu bheil luach iomlan neart an raoin magnetach nas lugha na 1.2T, a’ nochdadh nach tachair sàthadh magnetach a’ phìos pòla.
Sgaoileadh neart achaidh magnetach airson Br = 1.3 T. (a) Sgaoileadh achaidh aiseach. (b) Sgaoileadh achaidh taobhach By anns an t-slighe z. (c) Luach iomlan sgaoileadh achaidh taobh a-staigh a’ phìos pòla.
Stèidhichte air modúl CST PS, tha suidheachadh coimeasach aiseach a’ ghunna dà-bhìom agus an t-siostam fòcasachaidh air a bharrrachadh. A rèir Ref. 9 agus atharrais, is e an t-àite as fheàrr far a bheil am pìos anòd a’ dol thairis air a’ phìos pòla air falbh bhon mhagnait. Ach, chaidh a lorg ma chaidh an ath-fhulangas a shuidheachadh gu 1.3T, nach b’ urrainn do thar-chuir a’ ghathan electron ruighinn 99%. Le bhith ag àrdachadh an ath-fhulangas gu 1.4 T, thèid an raon magnetach fòcasachaidh a mheudachadh gu 6500 Gs. Tha na slighean-ghathan air na plèanaichean xoz agus yoz air an sealltainn ann am Figear 15. Chithear gu bheil tar-chuir math aig a’ ghathan, luaineachd bheag, agus astar tar-chuir nas motha na 45mm.
Trajectoirean ghathan peansail dùbailte fo shiostam magnetach aon-ghnèitheach le Br = 1.4 T. (a) plèana xoz. (b) plèana yoz.
Tha Figear 16 a’ sealltainn earrann-tarsainn a’ ghatha aig diofar shuidheachaidhean air falbh bhon chatod. Chithear gu bheil cumadh earrann a’ ghatha anns an t-siostam fòcasachaidh air a chumail suas gu math, agus nach eil trast-thomhas na h-earrainn ag atharrachadh mòran. Tha Figear 17 a’ sealltainn cèisean a’ ghatha anns na stiùiridhean x agus y, fa leth. Chithear gu bheil caochlaideachd a’ ghatha anns an dà stiùireadh glè bheag. Tha Figear 18 a’ sealltainn toraidhean atharrais sruth a’ ghatha. Tha na toraidhean a’ sealltainn gu bheil an sruth mu 2 × 80 mA, a tha a rèir an luach obraichte ann an dealbhadh a’ ghunna dealanach.
Earrann-tarsainn gath dealanach (le siostam fòcais) aig diofar shuidheachaidhean air falbh bhon chatod.
A’ beachdachadh air sreath de dhuilgheadasan leithid mearachdan cruinneachaidh, caochlaidhean bholtaids, agus atharrachaidhean ann an neart an raoin magnetach ann an tagraidhean giullachd practaigeach, tha e riatanach cugallachd an t-siostaim fòcasachaidh a sgrùdadh. Leis gu bheil beàrn eadar pìos an anod agus pìos a’ phòla ann an giullachd fhèin, feumar am beàrn seo a shuidheachadh anns an t-samhlachadh. Chaidh luach a’ bheàirn a shuidheachadh gu 0.2 mm agus tha Figear 19a a’ sealltainn còmhdach a’ ghiota agus sruth a’ ghiota anns an t-slighe y. Tha an toradh seo a’ sealltainn nach eil an t-atharrachadh ann an còmhdach a’ ghiota cudromach agus nach eil sruth a’ ghiota ag atharrachadh gu mòr. Mar sin, tha an siostam neo-mhothachail air mearachdan cruinneachaidh. Airson caochlaidhean bholtaids an dràibhidh, tha an raon mearachd air a shuidheachadh gu ±0.5 kV. Tha Figear 19b a’ sealltainn nan toraidhean coimeas. Chithear nach eil mòran buaidh aig atharrachadh bholtaids air còmhdach a’ ghiota. Tha an raon mearachd air a shuidheachadh bho -0.02 gu +0.03 T airson atharrachaidhean ann an neart an raoin magnetach. Tha na toraidhean coimeas air an sealltainn ann am Figear 20. Chithear nach eil còmhdach a’ ghiota ag atharrachadh gu mòr, a tha a’ ciallachadh nach eil an EOS gu lèir mothachail air atharrachaidhean ann an neart an raoin magnetach.
Còmhdach beam agus toraidhean sruth fo shiostam fòcas magnetach aonfhoirmeil. (a) Tha fulangas cruinneachaidh 0.2 mm. (b) Tha an caochlaideachd bholtaids dràibhidh ±0.5 kV.
Còmhdach beam fo shiostam fòcasachaidh magnetach aonfhoirmeil le atharrachaidhean neart raon magnetach aiseach eadar 0.63 agus 0.68 T.
Gus dèanamh cinnteach gum faod an siostam fòcais a chaidh a dhealbhadh sa phàipear seo a bhith a rèir HFS, feumar an siostam fòcais agus HFS a chur còmhla airson rannsachaidh. Tha Figear 21 a’ sealltainn coimeas eadar cèisean beam le agus às aonais HFS air an luchdachadh. Tha na toraidhean a’ sealltainn nach eil cèis a’ ghiom ag atharrachadh mòran nuair a bhios an HFS gu lèir air a luchdachadh. Mar sin, tha an siostam fòcais freagarrach airson HFS tiùb tonn siubhail an dealbhaidh gu h-àrd.
Gus dearbhadh a dhèanamh air ceartas an EOS a chaidh a mholadh ann an Earrann III agus sgrùdadh a dhèanamh air coileanadh an SDV-TWT 220 GHz, chaidh atharrais 3D-PIC de eadar-obrachadh tonn-beam a dhèanamh. Air sgàth cuingealachaidhean bathar-bog atharrais, cha b’ urrainn dhuinn an EOS gu lèir a chur ri HFS. Mar sin, chaidh an gunna dealanach a chur an àite uachdar sgaoilidh co-ionann le trast-thomhas de 0.13mm agus astar eadar an dà uachdar de 0.31mm, na h-aon pharaimeatairean ris a’ ghunna dealanach a chaidh a dhealbhadh gu h-àrd. Air sgàth neo-mhothachaidh agus deagh sheasmhachd EOS, faodar am bholtadh dràibhidh a bharrachadh gu ceart gus an cumhachd toraidh as fheàrr fhaighinn anns an atharrais PIC. Tha toraidhean an atharrais a’ sealltainn gum faighear an cumhachd toraidh shàthaichte agus an buannachd aig bholtadh dràibhidh de 20.6 kV, sruth beam de 2 × 80 mA (603 A/cm2), agus cumhachd cuir a-steach de 0.05 W.
Gus an comharra toraidh as fheàrr fhaighinn, feumar an àireamh de chuairtean a bharrachadh cuideachd. Gheibhear an cumhachd toraidh as fheàrr nuair a tha an àireamh de dhà ìre 42 + 48 cuairtean, mar a chithear ann am Figear 22a. Tha comharra cuir a-steach 0.05 W air a mheudachadh gu 314 W le buannachd de 38 dB. Tha an speactram cumhachd toraidh a gheibhear le Fast Fourier Transform (FFT) fìor-ghlan, a’ ruighinn àirde aig 220 GHz. Tha Figear 22b a’ sealltainn sgaoileadh suidheachadh aiseach lùth electron anns an SWS, leis a’ mhòr-chuid de na electronan a’ call lùth. Tha an toradh seo a’ nochdadh gun urrainn don SDV-SWS lùth cineatach electronan a thionndadh gu comharran RF, agus mar sin a’ coileanadh leudachadh comharran.
Comharra toraidh SDV-SWS aig 220 GHz. (a) Cumhachd toraidh leis an speactram air a ghabhail a-steach. (b) Sgaoileadh lùtha dealanan leis a’ ghath dealanach aig ceann an t-seata SWS.
Tha Figear 23 a’ sealltainn leud-bann cumhachd toraidh agus buannachd SDV-TWT dà-mhodh dà-bhìom. Faodar coileanadh toraidh a leasachadh tuilleadh le bhith a’ sguabadh triceadan bho 200 gu 275 GHz agus a’ leasachadh bholtaids an dràibhidh. Tha an toradh seo a’ sealltainn gum faod an leud-bann 3-dB còmhdach 205 gu 275 GHz, a tha a’ ciallachadh gum faod obrachadh dà-mhodh an leud-bann obrachaidh a leudachadh gu mòr.
Ach, a rèir Figear 2a, tha fios againn gu bheil còmhlan-stad eadar na modhan corr is cothromach, agus dh’ fhaodadh sin crithean nach eilear ag iarraidh adhbhrachadh. Mar sin, feumar seasmhachd obrach timcheall air na stadan a sgrùdadh. ’S e figearan 24a-c na toraidhean atharrais 20 ns aig 265.3 GHz, 265.35 GHz, agus 265.4 GHz, fa leth. Chithear, ged a tha beagan atharrachaidhean anns na toraidhean atharrais, gu bheil cumhachd an toraidh an ìre mhath seasmhach. Chithear an speactram ann am Figear 24 fa leth cuideachd, tha an speactram fìor-ghlan. Tha na toraidhean seo a’ nochdadh nach eil fèin-chrithean faisg air a’ chòmhlan-stad.
Tha feum air saothrachadh agus tomhas gus dearbhadh gu bheil an HFS gu lèir ceart. Anns a’ phàirt seo, tha an HFS air a dhèanamh le bhith a’ cleachdadh teicneòlas smachd àireamhach coimpiutair (CNC) le trast-thomhas inneil de 0.1 mm agus cruinneas innealachaidh de 10 μm. Tha an stuth airson an structair àrd-tricead air a thoirt seachad le copar àrd-sheoltachd gun ocsaidean (OFHC). Tha Figear 25a a’ sealltainn an structair saothraichte. Tha fad 66.00 mm, leud 20.00 mm agus àirde 8.66 mm aig an structar gu lèir. Tha ochd tuill prìne air an sgaoileadh timcheall an structair. Tha Figear 25b a’ sealltainn an structair le microscopaidh sganaidh dealanach (SEM). Tha lannan an structair seo air an dèanamh gu cothromach agus tha garbh-uachdar math aca. Às deidh tomhas mionaideach, tha am mearachd innealachaidh iomlan nas lugha na 5%, agus tha an garbh-uachdar mu 0.4μm. Tha an structar innealachaidh a’ coinneachadh ris na riatanasan dealbhaidh agus mionaideachd.
Tha Figear 26 a’ sealltainn a’ choimeas eadar toraidhean deuchainn fhìor agus samhlaidhean coileanadh tar-chuir. Tha Port 1 agus Port 2 ann am Figear 26a a’ freagairt ris na puirt cuir a-steach agus toraidh den HFS, fa leth, agus tha iad co-ionann ri Port 1 agus Port 4 ann am Figear 3. Tha na toraidhean tomhais fhìor de S11 beagan nas fheàrr na na toraidhean samhlachaidh. Aig an aon àm, tha na toraidhean tomhaiste den S21 beagan nas miosa. Is dòcha gur e an adhbhar gu bheil an giùlan stuthan a chaidh a shuidheachadh san t-samhlachadh ro àrd agus gu bheil garbh-chruth an uachdair às deidh an innealachadh fhìor bochd. Gu h-iomlan, tha na toraidhean tomhaiste ann an deagh cho-chòrdadh ris na toraidhean samhlachaidh, agus tha an leud-bann tar-chuir a’ coinneachadh ri riatanas 70 GHz, a tha a’ dearbhadh comasachd agus ceartas an SDV-TWT dà-mhodh a thathar a’ moladh. Mar sin, còmhla ris a’ phròiseas saothrachaidh fhìor agus toraidhean deuchainn, faodar an dealbhadh SDV-TWT dà-ghathan ultra-leathann a thathar a’ moladh sa phàipear seo a chleachdadh airson saothrachadh agus tagraidhean às deidh sin.
Anns a’ phàipear seo, tha dealbhadh mionaideach de SDV-TWT dà-bhìom 220 GHz le sgaoileadh planar air a thaisbeanadh. Bidh an cothlamadh de dh’ obrachadh dà-mhodh agus brosnachadh dà-bhìom a’ meudachadh leud-bann obrachaidh agus cumhachd toraidh tuilleadh. Tha an deuchainn saothrachaidh agus fuar cuideachd air an dèanamh gus dearbhadh gu bheil an HFS gu lèir ceart. Tha na toraidhean tomhais fhèin ann an deagh cho-chòrdadh ris na toraidhean atharrais. Airson an EOS dà-bhìom a chaidh a dhealbhadh, chaidh earrann masg agus electrodan smachd a chleachdadh còmhla gus beam dà-pheansail a thoirt gu buil. Fon raon magnetach fòcasach èideadh a chaidh a dhealbhadh, faodar am beam electron a thar-chuir gu seasmhach thairis air astaran fada le deagh chumadh. San àm ri teachd, thèid cinneasachadh agus deuchainn EOS a dhèanamh, agus thèid deuchainn teirmeach an TWT gu lèir a dhèanamh cuideachd. Tha an sgeama dealbhaidh SDV-TWT seo a tha air a mholadh sa phàipear seo a’ cothlamadh gu h-iomlan an teicneòlas giullachd planar aibidh gnàthach, agus a’ sealltainn comas mòr ann an comharran coileanaidh agus giullachd agus co-chruinneachadh. Mar sin, tha am pàipear seo den bheachd gur e an structar planar as dualtaiche a bhith na ghluasad leasachaidh de dh’ innealan dealanach falamh anns a’ chòmhlan terahertz.
Tha a’ mhòr-chuid den dàta amh agus na modailean anailis san sgrùdadh seo air an gabhail a-steach sa phàipear seo. Gheibhear tuilleadh fiosrachaidh buntainneach bhon ùghdar co-fhreagarrach ma thèid iarraidh air gu reusanta.
Gamzina, D. et al. Innealachadh CNC nanosgèile de electronics falamh fo-terahertz. IEEE Trans.electronic devices. 63, 4067–4073 (2016).
Malekabadi, A. agus Paoloni, C. Mìcro-dhèanamh UV-LIGA de threòraichean-tonn fo-terahertz a’ cleachdadh foto-dhìon ioma-fhilleadh SU-8. J. Micromechanics.Microelectronics.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
Dhillon, SS et al.2017 Mapa-rathaid teicneòlais THz.J. Physics.D to apply.physics.50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
Shin, YM, Barnett, LR & Luhmann, NC Cuingealachadh làidir air sgaoileadh tonn plasmonach tro threòraichean tonn dà-ghràdaidh le sreathan ultra-leathann.application.physics.Wright.93, 221504. https://doi.org/10.1063/1.3041646 (2008).
Baig, A. et al.Coileanadh Amplifier Tiùb Tonn Siubhail 220-GHz air a Mheaisineachadh le Nano CNC. IEEE Trans.electronic devices.64, 590–592 (2017).
Han, Y. & Ruan, CJ A’ sgrùdadh neo-sheasmhachd diocotron ann am gathan dealanach duilleag neo-chrìochnach leathann a’ cleachdadh teòiridh modail lionn fuar macrascopach. Chin Phys B. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/104101 (2011).
Galdetskiy, AV air a’ chothrom leud-bann a mheudachadh le cruth rèidh a’ bhìm ann an klystron ioma-bhìm. Ann an 12mh Co-labhairt Eadar-nàiseanta IEEE air Eileagtronaig Falamh, Bangalore, na h-Innseachan, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.2011.5747003 (2011).
Nguyen, CJ et al. Dealbhadh ghunnaichean dealanach trì-ghathan le sgaoileadh plèana sgoltadh ghaoth cumhang ann an tiùb tonn siubhail dà-lann le sreath W [J]. Saidheans. Ath-aithris 11, 940. https://doi.org/10.1038/s41598-020-80276-3 (2021).
Wang, PP, Su, YY, Zhang, Z., Wang, WB & Ruan, CJ Siostam optaigeach dealanach trì-ghathan sgaoilte planar le dealachadh ghaoth cumhang airson modh bunaiteach còmhlan-W TWT.IEEE Trans.electronic devices.68, 5215–5219 (2021).
Zhan, M. Rannsachadh air Tiùb Tonn Siubhail Dà-lann Eadar-fhighte le Gathan Duilleag Tonn-Mìlemeatair 20-22 (PhD, Oilthigh Beihang, 2018).
Ruan, CJ, Zhang, HF, Tao, J. & He, Y. Sgrùdadh air seasmhachd eadar-obrachadh beam-tonn de phìob tonn siubhail dà-lann eadar-fhighte G-band. 43mh Co-labhairt Eadar-nàiseanta 2018 air Tonnan Infridhearg Millimeatair agus Terahertz, Nagoya.8510263, https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2018.8510263 (2018).