Ташаккур барои боздид аз Nature.com. Версияи браузере, ки шумо истифода мебаред, дастгирии маҳдуди CSS дорад. Барои беҳтарин таҷриба, мо тавсия медиҳем, ки шумо аз браузери навшуда истифода баред (ё режими мутобиқатро дар Internet Explorer хомӯш кунед). Дар айни замон, барои таъмини дастгирии доимӣ, мо сайтро бе услубҳо ва JavaScript намоиш медиҳем.
Дар ин мақола, як найчаи мавҷи сайёри дуқабата бо қувваи баланди байниҳамдигарии 220 ГГц тарҳрезӣ ва тасдиқ карда шудааст. Аввалан, як сохтори мавҷи сусти дуқабата бо дуқабата бо дуқабата бо фосилаи ҳамвор пешниҳод карда мешавад. Бо истифода аз схемаи кори дуқабата, иҷрои интиқол ва паҳнои банд қариб ду баробар аз якқабата аст. Дуюм, барои қонеъ кардани талаботи қувваи баромади баланд ва беҳтар кардани устувории найчаи мавҷи сайёр, як системаи оптикии электронии дуқабата шакли қалам тарҳрезӣ шудааст, ки шиддати ҳаракатдиҳанда 20 ~ 21 кВ ва ҷараён 2 × 80 мА аст. Ҳадафҳои тарҳрезӣ. Бо истифода аз қисми ниқоб ва электроди идоракунӣ дар таппончаи дуқабата, ду найчаи қаламро метавон дар марказҳои мувофиқи худ бо таносуби фишурдашавии 7 фокус кард, масофаи фокус тақрибан 0,18 мм аст ва устуворӣ хуб аст. Системаи ягонаи фокускунии магнитӣ низ оптимизатсия шудааст. Масофаи устувори интиқоли нури дуқабата электронии ҳамвор метавонад ба 45 мм расад ва майдони магнитии фокускунӣ 0,6 Т аст, ки барои фаро гирифтани тамоми системаи басомади баланд кофӣ аст. (HFS). Сипас, барои санҷидани қобилияти истифодабарии системаи электронии оптикӣ ва кори сохтори мавҷи суст, симулятсияҳои ҳуҷайраҳои зарраӣ (PIC) дар тамоми HFS низ анҷом дода шуданд. Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки системаи таъсири мутақобилаи шуоъ метавонад ба қувваҳои баромади қариб 310 Вт дар 220 ГГц ноил гардад, шиддати оптималии шуоъ 20,6 кВ, ҷараёни шуоъ 2 × 80 мА, афзоиши он 38 дБ ва паҳнои банди 3-дБ аз 35 дБ тақрибан 70 ГГц зиёд аст. Дар ниҳоят, барои санҷидани кори HFS сохтани микросохтори дақиқи баланд анҷом дода мешавад ва натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки хусусиятҳои банди банд ва интиқол бо натиҷаҳои симулятсия мувофиқанд. Аз ин рӯ, интизор меравад, ки нақшаи пешниҳодшуда дар ин мақола манбаъҳои радиатсияи терагертсии баландқудрат ва ултрапаҳноро бо имкониятҳои татбиқи оянда таҳия кунад.
Ҳамчун дастгоҳи электронии анъанавии вакуумӣ, найчаи мавҷи сафарӣ (TWT) дар бисёр барномаҳо, аз қабили радарҳои баландсифат, системаҳои алоқаи моҳвораӣ ва омӯзиши кайҳонӣ нақши ивазнашаванда дорад1,2,3. Аммо, вақте ки басомади корӣ ба банди терагерц ворид мешавад, TWT-и анъанавии пайвастшуда бо ковокии спиралӣ ва TWT-и спиралӣ аз сабаби қувваи нисбатан пасти баромад, паҳнои банд ва равандҳои душвори истеҳсолӣ наметавонанд ниёзҳои одамонро қонеъ кунанд. Аз ин рӯ, чӣ гуна беҳтар кардани кори банди THz барои бисёр муассисаҳои тадқиқотии илмӣ ба як масъалаи хеле нигаронкунанда табдил ёфтааст. Дар солҳои охир, сохторҳои нави мавҷи суст (SWS), ба монанди сохторҳои дукаратаи зинапоя (SDV) ва сохторҳои мавҷи печонидашуда (FW), аз сабаби сохторҳои ҳамвори табиии худ, махсусан SDV-SWS-ҳои нав бо потенсиали умедбахш, таваҷҷӯҳи зиёдро ба худ ҷалб кардаанд. Ин сохтор аз ҷониби UC-Davis дар соли 20084 пешниҳод шудааст. Сохтори ҳамворро метавон ба осонӣ бо усулҳои коркарди микро-нано, ба монанди идоракунии рақамии компютерӣ (CNC) ва UV-LIGA, истеҳсол кард, сохтори бастаи пурраи металлӣ метавонад иқтидори гармии калонтарро бо... қувваи баромад ва афзоиши баландтар ва сохтори монанд ба мавҷгир низ метавонад паҳнои васеътари банди кориро таъмин кунад. Айни замон, Донишгоҳи Калифорния Дэвис бори аввал дар соли 2017 нишон дод, ки SDV-TWT метавонад дар диапазони G5 сигналҳои паҳнои бандии зиёда аз 100 Вт ва қариб 14 ГГц баромадҳои баландсифатро тавлид кунад. Бо вуҷуди ин, ин натиҷаҳо то ҳол камбудиҳое доранд, ки наметавонанд ба талаботи марбут ба қувваи баланд ва паҳнои банди васеъ дар диапазони терагерц ҷавобгӯ бошанд. Барои SDV-TWT-и диапазони G-и UC-Davis, нурҳои электронии варақ истифода шудаанд. Гарчанде ки ин схема метавонад қобилияти ҷараёни интиқоли нурро ба таври назаррас беҳтар кунад, нигоҳ доштани масофаи интиқоли дароз аз сабаби ноустувории системаи оптикии электронии варақаи нур (EOS) душвор аст ва нақби нури аз ҳад зиёд мавҷуд аст, ки инчунин метавонад боиси худтанзимкунии нур гардад. – Ангезиш ва ларзиш 6,7. Барои қонеъ кардани талаботи қувваи баромади баланд, паҳнои банд ва устувории хуби THz TWT, дар ин мақола SDV-SWS душуоъ бо кори дугона пешниҳод карда мешавад. Яъне, барои афзоиши паҳнои банд, кори дугона дар ин сохтор пешниҳод ва муаррифӣ карда мешавад. Ва барои афзоиши қувваи баромад, тақсимоти ҳамвории чӯбҳои қалами дугона низ истифода мешавад. Радиоҳои якшуоъ бо қалами якгона аз сабаби маҳдудиятҳои андозаи амудӣ нисбатан хурд мебошанд. Агар зичии ҷараён хеле баланд бошад, ҷараёни шуоъ бояд кам карда шавад, ки дар натиҷа қувваи баромади нисбатан паст ба вуҷуд меояд. Барои беҳтар кардани ҷараёни шуоъ, EOS бисёршуоъ тақсимшудаи ҳамвор пайдо шуд, ки аз андозаи паҳлӯии SWS истифода мебарад. Аз сабаби нақби мустақили шуоъ, бисёршуоъ тақсимшудаи ҳамвор метавонад бо нигоҳ доштани ҷараёни умумии баланди шуоъ ва ҷараёни хурд барои як шуоъ қувваи баромади баландро ба даст орад, ки метавонад аз нақби аз ҳад зиёди шуоъ дар муқоиса бо дастгоҳҳои варақӣ пешгирӣ кунад. Аз ин рӯ, нигоҳ доштани устувории найчаи мавҷи ҳаракаткунанда муфид аст. Дар асоси корҳои қаблӣ8,9, ин мақола EOS-и майдони магнитии ягонаи G-диапазони фокусии шуои қаламии дукаратаро пешниҳод мекунад, ки метавонад масофаи устувори интиқоли шуоъро ба таври назаррас беҳтар кунад ва майдони таъсири мутақобилаи шуоъро боз ҳам афзоиш диҳад ва бо ин васила қувваи баромадро ба таври назаррас беҳтар созад.
Сохтори ин мақола чунин аст. Аввалан, тарҳи ҳуҷайраи SWS бо параметрҳо, таҳлили хусусиятҳои парокандагӣ ва натиҷаҳои симулятсияи басомади баланд тавсиф карда мешаванд. Сипас, мувофиқи сохтори ҳуҷайраи воҳидӣ, дар ин мақола EOS-и дукаратаи қалам ва системаи таъсири мутақобилаи шуоъ тарҳрезӣ шудаанд. Натиҷаҳои симулятсияи зарраҳои дохилиҳуҷайравӣ инчунин барои тасдиқи қобилияти истифодабарии EOS ва кори SDV-TWT пешниҳод карда мешаванд. Илова бар ин, дар мақола натиҷаҳои истеҳсол ва санҷиши хунук барои тасдиқи дурустии тамоми HFS мухтасар пешниҳод карда мешаванд. Дар ниҳоят, хулоса тартиб диҳед.
Ҳамчун яке аз муҳимтарин ҷузъҳои TWT, хосиятҳои парокандагии сохтори мавҷи суст нишон медиҳанд, ки оё суръати электрон бо суръати фазаи SWS мувофиқат мекунад ва аз ин рӯ, ба таъсири мутақобилаи мавҷи шуоъ таъсири калон мерасонад. Барои беҳтар кардани кори тамоми TWT, сохтори беҳтаршудаи таъсири мутақобила тарҳрезӣ шудааст. Сохтори ячейкаи воҳидӣ дар расми 1 нишон дода шудааст. Бо назардошти ноустувории шуои варақ ва маҳдудияти қувваи шуои қалами ягона, сохтор шуои қалами дугонаеро барои беҳтар кардани қувваи баромад ва устувории кор қабул мекунад. Дар айни замон, барои афзоиши паҳнои банди корӣ, барои кори SWS режими дугона пешниҳод шудааст. Аз сабаби симметрияи сохтори SDV, ҳалли муодилаи парокандагии майдони электромагнитӣ метавонад ба режимҳои тоқ ва ҷуфт тақсим карда шавад. Дар айни замон, режими асосии тоқии банди басомади паст ва режими асосии ҷуфтии банди басомади баланд барои амалӣ кардани ҳамоҳангсозии паҳнои банди паҳнои банди паст истифода мешаванд ва бо ин васила паҳнои банди кориро боз ҳам беҳтар мекунанд.
Мувофиқи талаботи қувва, тамоми найча бо шиддати ҳаракатдиҳандаи 20 кВ ва ҷараёни дугонаи нури 2 × 80 мА тарҳрезӣ шудааст. Барои он ки шиддат то ҳадди имкон ба паҳнои банди кории SDV-SWS наздик бошад, мо бояд дарозии давраи p-ро ҳисоб кунем. Робитаи байни шиддати нур ва давра дар муодилаи (1)10 нишон дода шудааст:
Бо муқаррар кардани гузариши фаза ба 2.5π дар басомади марказии 220 ГГц, давраи p-ро метавон ба 0.46 мм ҳисоб кард. Расми 2a хосиятҳои парокандагии ячейкаи воҳидии SWS-ро нишон медиҳад. Хатти нури 20 кВ бо каҷи думодалӣ хеле хуб мувофиқат мекунад. Басомадҳои мувофиқ метавонанд дар диапазонҳои 210-265.3 ГГц (реҷаи тоқ) ва 265.4-280 ГГц (реҷаи ҷуфт) ба тақрибан 70 ГГц расанд. Расми 2b импеданси миёнаи пайвастшавиро нишон медиҳад, ки аз 210 то 290 ГГц аз 0.6 Ω зиёдтар аст, ки нишон медиҳад, ки таъсири мутақобилаи қавӣ метавонад дар паҳнои банди корӣ ба амал ояд.
(а) Хусусиятҳои парокандагии SDV-SWS думода бо хати нури электронии 20 кВ.(б) Импеданси таъсири мутақобилаи схемаи мавҷи сусти SDV.
Аммо, муҳим аст, ки қайд кунем, ки байни режимҳои тоқ ва ҷуфт фосилаи банд мавҷуд аст ва мо одатан ин фосилаи бандро ҳамчун банди қатъкунӣ меномем, чунон ки дар расми 2a нишон дода шудааст. Агар TWT дар наздикии ин банди басомад кор кунад, қувваи қавии пайвастшавии шуоъ метавонад ба вуҷуд ояд, ки боиси лаппишҳои номатлуб мегардад. Дар татбиқи амалӣ, мо одатан аз истифодаи TWT дар наздикии банди қатъкунӣ худдорӣ мекунем. Аммо, дида мешавад, ки фосилаи банди ин сохтори мавҷи суст танҳо 0,1 ГГц аст. Муайян кардани он ки оё ин фосилаи хурди банди боиси лаппишҳо мегардад, душвор аст. Аз ин рӯ, устувории кор дар атрофи банди қатъкунӣ дар бахши зерини симулятсияи PIC таҳқиқ карда мешавад, то таҳлил карда шавад, ки оё лаппишҳои номатлуб метавонанд ба амал оянд.
Модели тамоми HFS дар расми 3 нишон дода шудааст. Он аз ду марҳилаи SDV-SWS иборат аст, ки бо рефлекторҳои Bragg пайваст карда шудаанд. Вазифаи рефлектор қатъ кардани интиқоли сигнал байни ду марҳила, пахш кардани ларзиш ва инъикоси режимҳои ғайрикорӣ, ба монанди режимҳои тартиби баланд, ки байни пардаҳои болоӣ ва поёнӣ тавлид мешаванд, мебошад ва бо ин васила устувории тамоми найчаро хеле беҳтар мекунад. Барои пайвастшавӣ ба муҳити беруна, инчунин як пайвасткунаки конусшакли хаттӣ барои пайваст кардани SWS ба мавҷгири стандартии WR-4 истифода мешавад. Коэффисиенти интиқоли сохтори дусатҳа бо истифода аз ҳалкунандаи домени вақт дар нармафзори симулятсияи 3D чен карда мешавад. Бо назардошти таъсири воқеии банди терагерц ба мавод, маводи лифофаи вакуумӣ дар аввал ба мис муқаррар карда мешавад ва гузаронандагӣ то 2.25×107 S/m12 кам карда мешавад.
Расми 4 натиҷаҳои интиқоли HFS-ро бо ва бе пайвасткунакҳои конусшакли хаттӣ нишон медиҳад. Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки пайвасткунак ба кори интиқоли тамоми HFS таъсири кам мерасонад. Талафоти бозгашт (S11 < − 10 дБ) ва талафоти воридкунӣ (S21 > − 5 дБ)-и тамоми система дар паҳнои 207~280 ГГц нишон медиҳанд, ки HFS хусусиятҳои хуби интиқол дорад.
Ҳамчун манбаи барқи дастгоҳҳои электронии вакуумӣ, таппончаи электронӣ мустақиман муайян мекунад, ки оё дастгоҳ метавонад қувваи кофии баромадро тавлид кунад. Дар якҷоягӣ бо таҳлили HFS дар бахши II, EOS-и дугона бояд тарҳрезӣ карда шавад, то қувваи кофӣ таъмин карда шавад. Дар ин қисм, бар асоси корҳои қаблӣ дар W-band8,9, таппончаи электронии дуқабата бо истифода аз қисми ниқоби ҳамвор ва электродҳои идоракунӣ тарҳрезӣ шудааст. Аввалан, мувофиқи талаботи тарҳрезии SWS дар бахши. Тавре ки дар расми 1 нишон дода шудааст. 2, шиддати ҳаракатдиҳандаи Ua-и шуоъҳои электронӣ дар аввал ба 20 кВ муқаррар карда шудааст, ҷараёнҳои I-и ду шуоъи электронӣ ҳарду 80 мА ва диаметри шуоъ dw-и шуоъҳои электронӣ 0,13 мм мебошанд. Дар айни замон, барои он ки зичии ҷараёни шуоъи электронӣ ва катод ба даст оварда шавад, таносуби фишурдашавии шуоъи электронӣ ба 7 муқаррар карда шудааст, аз ин рӯ зичии ҷараёни шуоъи электронӣ 603 А/см2 ва зичии ҷараёни катод 86 А/см2 аст, ки бо истифода аз маводҳои нави катод ба даст оварда мешавад. Мувофиқи назарияи тарроҳӣ 14, 15, 16, 17, як таппончаи электронии маъмулии Пирсро метавон ба таври беназир муайян кард.
Дар расми 5 диаграммаҳои схематикии уфуқӣ ва амудии таппонча мутаносибан нишон дода шудаанд. Дидан мумкин аст, ки профили таппончаи электронӣ дар самти x қариб ба профили таппончаи электронии маъмулии варақмонанд монанд аст, дар ҳоле ки дар самти y ду нури электронӣ қисман аз ҷониби ниқоб ҷудо карда шудаанд. Мавқеъҳои ду катод мутаносибан дар x = - 0.155 мм, y = 0 мм ва x = 0.155 мм, y = 0 мм ҷойгиранд. Мувофиқи талаботи тарҳрезии таносуби фишурдашавӣ ва андозаи тазриқи электрон, андозаҳои ду сатҳи катод 0.91 мм × 0.13 мм муайян карда мешаванд.
Барои он ки майдони электрикии фокусшуда, ки аз ҷониби ҳар як шуои электрон дар самти x қабул карда мешавад, дар атрофи маркази худ симметрӣ бошад, ин мақола электроди идоракуниро ба таппончаи электронӣ татбиқ мекунад. Бо муқаррар кардани шиддати электроди фокускунанда ва электроди идоракунӣ ба −20 кВ ва шиддати анод ба 0 В, мо метавонем тақсимоти траекторияи таппончаи дугонаи шуоъро ба даст орем, чунон ки дар расми 6 нишон дода шудааст. Дидан мумкин аст, ки электронҳои партофташуда дар самти y фишурдашавии хуб доранд ва ҳар як шуои электрон дар самти самти x дар маркази симметрияи худ ҷамъ мешавад, ки ин нишон медиҳад, ки электроди идоракунӣ майдони нобаробари электрикии тавлидшуда аз ҷониби электроди фокускунандаро мувозинат мекунад.
Расми 7 лифофаи шуоъро дар самтҳои x ва y нишон медиҳад. Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки масофаи проексионии шуоъи электронӣ дар самти x аз масофаи y фарқ мекунад. Масофаи партофтан дар самти x тақрибан 4 мм ва масофаи партофтан дар самти y ба 7 мм наздик аст. Аз ин рӯ, масофаи воқеии партофтан бояд аз 4 то 7 мм интихоб карда шавад. Расми 8 буриши арзии шуоъи электрониро дар масофаи 4,6 мм аз сатҳи катод нишон медиҳад. Мо мебинем, ки шакли буриши арзии он ба шуоъи электронии даврии стандартӣ наздиктар аст. Масофаи байни ду шуоъи электронӣ ба 0,31 мм-и тарҳрезишуда наздик аст ва радиусаш тақрибан 0,13 мм аст, ки ба талаботи тарҳрезӣ мувофиқат мекунад. Расми 9 натиҷаҳои симулятсияи ҷараёни шуоъро нишон медиҳад. Дидан мумкин аст, ки ду ҷараёни шуоъ 76 мА мебошанд, ки бо 80 мА-и тарҳрезишуда мувофиқати хуб дорад.
Бо назардошти тағйирёбии шиддати ҳаракаткунанда дар татбиқи амалӣ, омӯхтани ҳассосияти шиддати ин модел зарур аст. Дар диапазони шиддати 19,8 ~ 20,6 кВ, лифофаҳои ҷараён ва ҷараёни шуоъ ба даст оварда шудаанд, чунон ки дар расми 1 ва расмҳои 1.10 ва 11 нишон дода шудааст. Аз натиҷаҳо дида мешавад, ки тағирёбии шиддати ҳаракаткунанда ба лифофаи шуоъи электронӣ таъсире надорад ва ҷараёни шуоъи электронӣ танҳо аз 0,74 то 0,78 А тағйир меёбад. Аз ин рӯ, метавон фикр кард, ки таппончаи электронии тарҳрезишуда дар ин мақола ҳассосияти хуб ба шиддат дорад.
Таъсири ноустувории шиддати ҳаракаткунанда ба лифофаҳои самти x ва y.
Майдони ягонаи фокускунии магнитӣ як системаи маъмули фокускунии магнити доимӣ мебошад. Аз сабаби тақсимоти ягонаи майдони магнитӣ дар тамоми канали шуоъ, он барои шуоъҳои электронии меҳвари симметрӣ хеле мувофиқ аст. Дар ин бахш, як системаи ягонаи фокускунии магнитӣ барои нигоҳ доштани интиқоли масофаи дури шуоъҳои дукаратаи қалам пешниҳод карда мешавад. Бо таҳлили майдони магнитии тавлидшуда ва лифофаи шуоъ, схемаи тарҳрезии системаи фокускунӣ пешниҳод карда мешавад ва масъалаи ҳассосият омӯхта мешавад. Мувофиқи назарияи интиқоли устувори шуоъи якқабата18,19, арзиши майдони магнитии Бриллюэнро бо муодилаи (2) ҳисоб кардан мумкин аст. Дар ин мақола, мо инчунин ин муодиларо барои ҳисоб кардани майдони магнитии шуоъи дукаратаи паҳлӯӣ тақсимшуда истифода мебарем. Дар якҷоягӣ бо таппончаи электронии дар ин мақола тарҳрезӣшуда, арзиши майдони магнитии ҳисобшуда тақрибан 4000 Гс аст. Мувофиқи истиноди 20, одатан 1,5-2 маротиба арзиши ҳисобшуда дар тарҳҳои амалӣ интихоб карда мешавад.
Расми 12 сохтори системаи майдони ягонаи фокускунии майдони магнитиро нишон медиҳад. Қисми кабуд магнити доимӣ аст, ки дар самти меҳварӣ магнит карда шудааст. Интихоби мавод NdFeB ё FeCoNi мебошад. Маҷмӯи Br боқимонда дар модели симулятсия 1,3 Т ва гузариш 1,05 аст. Барои таъмини интиқоли устувори шуоъ дар тамоми занҷир, дарозии магнит дар аввал ба 70 мм муқаррар карда мешавад. Ғайр аз ин, андозаи магнит дар самти x муайян мекунад, ки оё майдони магнитии кундаланг дар канали шуоъ яксон аст, ки талаб мекунад, ки андоза дар самти x набояд хеле хурд бошад. Дар айни замон, бо назардошти арзиш ва вазни тамоми найча, андозаи магнит набояд хеле калон бошад. Аз ин рӯ, магнитҳо дар аввал ба 150 мм × 150 мм × 70 мм муқаррар карда мешаванд. Дар айни замон, барои он ки тамоми занҷири мавҷи суст дар системаи фокускунӣ ҷойгир карда шавад, масофаи байни магнитҳо ба 20 мм муқаррар карда мешавад.
Дар соли 2015, Purna Chandra Panda21 як пораи сутунро бо сӯрохи нави зинапоя дар системаи ягонаи фокускунии магнитӣ пешниҳод кард, ки метавонад бузургии ихроҷи ҷараёнро ба катод ва майдони магнитии кундалангро, ки дар сӯрохи пораи сутун ба вуҷуд меояд, боз ҳам коҳиш диҳад. Дар ин мақола, мо ба пораи сутуни системаи фокускунӣ сохтори зинапоя илова мекунем. Ғафсии пораи сутун дар аввал ба 1,5 мм муқаррар карда мешавад, баландӣ ва паҳнои се зина 0,5 мм ва масофаи байни сӯрохиҳои пораи сутун 2 мм аст, тавре ки дар расми 13 нишон дода шудааст.
Расми 14a тақсимоти майдони магнитии меҳварӣ дар хатҳои марказии ду шуои электронӣ нишон медиҳад. Дидан мумкин аст, ки қувваҳои майдони магнитӣ дар тӯли ду шуои электронӣ баробаранд. Қимати майдони магнитӣ тақрибан 6000 Гс аст, ки 1,5 маротиба аз майдони назариявии Бриллюэн зиёдтар аст, ки барои баланд бардоштани самаранокии интиқол ва фокускунӣ истифода мешавад. Дар айни замон, майдони магнитӣ дар катод қариб 0 аст, ки нишон медиҳад, ки қисми қутбӣ ба пешгирии ихроҷи ҷараёни магнитӣ таъсири хуб мерасонад. Расми 14б тақсимоти майдони магнитии кундалангро дар самти z дар канори болоии ду шуои электронӣ нишон медиҳад. Дидан мумкин аст, ки майдони магнитии кундаланг танҳо дар сӯрохи қисми қутбӣ камтар аз 200 Гс аст, дар ҳоле ки дар схемаи мавҷи суст, майдони магнитии кундаланг қариб сифр аст, ки ин исбот мекунад, ки таъсири майдони магнитии кундаланг ба шуои электрон ночиз аст. Барои пешгирӣ аз сершавии магнитии қисмҳои қутбӣ, омӯхтани қувваи майдони магнитӣ дар дохили қисмҳои қутбӣ зарур аст. Расми 14в арзиши мутлақи тақсимоти майдони магнитиро дар дохили қисми қутбӣ нишон медиҳад. Дидан мумкин аст, ки арзиши мутлақи қувваи майдони магнитӣ камтар аз 1.2T аст, ки нишон медиҳад, ки сершавии магнитии порчаи қутбӣ ба амал намеояд.
Тақсимоти қувваи майдони магнитӣ барои Br = 1.3 T.(a) Тақсимоти майдони меҳварӣ.(b) Тақсимоти майдони паҳлӯӣ By дар самти z.(c) Арзиши мутлақи тақсимоти майдон дар дохили пораи қутб.
Бар асоси модули CST PS, мавқеи нисбии меҳварии таппончаи дугонаи нур ва системаи фокускунӣ оптимизатсия карда шудааст. Мувофиқи истиноди 9 ва симулятсияҳо, макони оптималӣ он ҷоест, ки порчаи анод бо порчаи қутбӣ аз магнит дур аст. Аммо, муайян карда шуд, ки агар боқимонда ба 1.3T муқаррар карда шавад, гузариши нури электронӣ наметавонад ба 99% расад. Бо зиёд кардани боқимонда ба 1.4 T, майдони магнитии фокускунӣ то 6500 Gs зиёд карда мешавад. Траекторияҳои нур дар сатҳҳои xoz ва yoz дар расми 15 нишон дода шудаанд. Дидан мумкин аст, ки нур интиқоли хуб, ноустувории хурд ва масофаи интиқол аз 45 мм зиёдтар аст.
Траекторияҳои шуоъҳои дуқабата бо қалам дар зери системаи магнитии якхела бо Br = 1.4 Т.(а) ҳамвории xoz.(б) ҳамвории yoz.
Дар расми 16 буриши арзии шуоъ дар мавқеъҳои гуногун аз катод нишон дода шудааст. Дидан мумкин аст, ки шакли буриши шуоъ дар системаи фокускунӣ хуб нигоҳ дошта мешавад ва диаметри буриш чандон тағйир намеёбад. Дар расми 17 пӯшишҳои шуоъ мутаносибан дар самтҳои x ва y нишон дода шудаанд. Дидан мумкин аст, ки ноустувории шуоъ дар ҳарду самт хеле ночиз аст. Дар расми 18 натиҷаҳои симулятсияи ҷараёни шуоъ нишон дода шудаанд. Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки ҷараён тақрибан 2 × 80 мА аст, ки бо арзиши ҳисобшуда дар тарҳи таппончаи электронӣ мувофиқ аст.
Буриши буриши электрон (бо системаи фокускунӣ) дар мавқеъҳои гуногун дуртар аз катод.
Бо назардошти як қатор мушкилот, аз қабили хатогиҳои васлкунӣ, ноустувории шиддат ва тағирёбии қувваи майдони магнитӣ дар татбиқи амалии коркард, таҳлили ҳассосияти системаи фокускунӣ зарур аст. Азбаски дар коркарди воқеӣ байни порчаи анод ва порчаи қутбӣ фосила вуҷуд дорад, ин фосила бояд дар симулятсия муқаррар карда шавад. Арзиши фосила ба 0,2 мм муқаррар карда шуд ва расми 19a лифофаи шуоъ ва ҷараёни шуоъро дар самти y нишон медиҳад. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки тағирот дар лифофаи шуоъ назаррас нест ва ҷараёни шуоъ қариб тағйир намеёбад. Аз ин рӯ, система ба хатогиҳои васлкунӣ ҳассос нест. Барои ноустувории шиддати ронандагӣ, диапазони хатогӣ ба ±0,5 кВ муқаррар карда шудааст. Расми 19b натиҷаҳои муқоисаро нишон медиҳад. Дидан мумкин аст, ки тағирёбии шиддат ба лифофаи шуоъ таъсири кам дорад. Диапазони хатогӣ барои тағирёбии қувваи майдони магнитӣ аз -0,02 то +0,03 Т муқаррар карда шудааст. Натиҷаҳои муқоиса дар расми 20 нишон дода шудаанд. Дидан мумкин аст, ки лифофаи шуоъ қариб тағйир намеёбад, ки маънои онро дорад, ки тамоми EOS ба тағирёбии қувваи майдони магнитӣ ҳассос нест.
Қабати шуоъ ва натиҷаҳои ҷараён дар системаи ягонаи фокускунии магнитӣ.(а) Таҳаммулпазирии васлкунӣ 0,2 мм аст.(б) Тағйирёбии шиддати гардонанда ±0,5 кВ аст.
Қабати шуоъ дар зери системаи ягонаи фокускунии магнитӣ бо ноустувории қувваи майдони магнитии меҳварӣ аз 0,63 то 0,68 Т.
Барои он ки системаи фокускунии дар ин мақола тарҳрезишуда бо HFS мувофиқат кунад, зарур аст, ки системаи фокускунӣ ва HFS-ро барои таҳқиқот якҷоя кард. Расми 21 муқоисаи лифофаҳои шуоъро бо ва бе HFS нишон медиҳад. Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки ҳангоми бор кардани тамоми HFS лифофаи шуоъ чандон тағйир намеёбад. Аз ин рӯ, системаи фокускунӣ барои HFS-и найчаи мавҷи сафарии тарҳи дар боло зикршуда мувофиқ аст.
Барои тасдиқи дурустии EOS-и пешниҳодшуда дар бахши III ва таҳқиқи кори SDV-TWT бо басомади 220 ГГц, симулятсияи 3D-PIC-и таъсири мутақобилаи мавҷи шуоъ анҷом дода мешавад. Аз сабаби маҳдудиятҳои нармафзори симулятсия, мо натавонистем тамоми EOS-ро ба HFS илова кунем. Аз ин рӯ, таппончаи электронӣ бо сатҳи эквивалентии партобкунанда бо диаметри 0,13 мм ва масофаи байни ду сатҳи 0,31 мм иваз карда шуд, ки параметрҳои ҳамон таппончаи электронии дар боло тарҳрезишуда мебошанд. Аз сабаби ҳассосият ва устувории хуби EOS, шиддати ронандагиро метавон дуруст оптимизатсия кард, то ба беҳтарин қувваи баромад дар симулятсияи PIC ноил гардад. Натиҷаҳои симулятсия нишон медиҳанд, ки қувваи баромади сершуда ва фоидаро дар шиддати ронандагии 20,6 кВ, ҷараёни шуоъи 2 × 80 мА (603 А/см2) ва қувваи вурудии 0,05 Вт ба даст овардан мумкин аст.
Барои ба даст овардани беҳтарин сигнали баромад, шумораи давраҳо низ бояд оптимизатсия карда шавад. Беҳтарин қувваи баромад вақте ба даст оварда мешавад, ки шумораи ду марҳила 42 + 48 давра бошад, чунон ки дар расми 22a нишон дода шудааст. Сигнали вурудии 0.05 Вт то 314 Вт бо афзоиши 38 дБ тақвият дода мешавад. Спектри қувваи баромад, ки тавассути табдили Fast Fourier (FFT) ба даст оварда шудааст, холис буда, ба авҷи худ дар 220 ГГц мерасад. Расми 22б тақсимоти мавқеи меҳварии энергияи электронро дар SWS нишон медиҳад, ки аксари электронҳо энергияро аз даст медиҳанд. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки SDV-SWS метавонад энергияи кинетикии электронҳоро ба сигналҳои RF табдил диҳад ва бо ин васила тақвияти сигналро амалӣ кунад.
Сигнали баромади SDV-SWS дар басомади 220 ГГц.(а) Қувваи баромад бо спектри дохилшуда.(б) Тақсимоти энергияи электронҳо бо шуои электронӣ дар охири варақаи SWS.
Расми 23 паҳнои банди қувваи баромад ва афзоиши SDV-TWT дугонаи дугона-режимро нишон медиҳад. Иҷрои баромадро метавон тавассути васеъ кардани басомадҳо аз 200 то 275 ГГц ва беҳсозии шиддати гардонанда боз ҳам беҳтар кард. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки паҳнои банди 3-дБ метавонад аз 205 то 275 ГГц-ро фаро гирад, ки маънои онро дорад, ки кори дугона-режим метавонад паҳнои банди кориро ба таври назаррас васеъ кунад.
Аммо, мувофиқи расми 2a, мо медонем, ки байни режимҳои тоқ ва ҷуфт як банди қатъкунӣ мавҷуд аст, ки метавонад ба ларзишҳои номатлуб оварда расонад. Аз ин рӯ, устувории кор дар атрофи қатъкунӣ бояд омӯхта шавад. Расмҳои 24a-c натиҷаҳои моделиронӣ дар 20 нс мутаносибан дар 265.3 ГГц, 265.35 ГГц ва 265.4 ГГц мебошанд. Дидан мумкин аст, ки гарчанде натиҷаҳои моделиронӣ баъзе ноустуворӣ доранд, қувваи баромад нисбатан устувор аст. Спектр инчунин мутаносибан дар расми 24 нишон дода шудааст, спектр холис аст. Ин натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки дар наздикии банди қатъкунӣ худтанзимкунӣ вуҷуд надорад.
Барои тасдиқи дурустии тамоми HFS истеҳсол ва андозагирӣ заруранд. Дар ин қисм, HFS бо истифода аз технологияи идоракунии рақамии компютерӣ (CNC) бо диаметри асбоби 0,1 мм ва дақиқии коркарди 10 мкм истеҳсол карда мешавад. Мавод барои сохтори басомади баланд аз миси бе оксиген ва ноқилияти баланд (OFHC) таъмин карда мешавад. Дар расми 25a сохтори сохташуда нишон дода шудааст. Тамоми сохтор дарозии 66,00 мм, паҳнои 20,00 мм ва баландии 8,66 мм дорад. Дар атрофи сохтор ҳашт сӯрохи сӯзанӣ тақсим карда шудаанд. Дар расми 25b сохтор тавассути микроскопияи электронии сканкунӣ (SEM) нишон дода шудааст. Теғҳои ин сохтор яксон истеҳсол карда мешаванд ва ноҳамвории хуби сатҳӣ доранд. Пас аз андозагирии дақиқ, хатогии умумии коркард камтар аз 5% ва ноҳамвории сатҳ тақрибан 0,4 мкм аст. Сохтори коркард ба талаботи тарроҳӣ ва дақиқӣ ҷавобгӯ аст.
Расми 26 муқоисаи натиҷаҳои воқеии санҷиш ва симулятсияҳои иҷрои интиқолро нишон медиҳад. Портҳои 1 ва Портҳои 2 дар Расми 26a мутаносибан ба портҳои вуруд ва баромади HFS мувофиқат мекунанд ва ба Портҳои 1 ва Портҳои 4 дар Расми 3 баробаранд. Натиҷаҳои воқеии андозагирии S11 нисбат ба натиҷаҳои симулятсия каме беҳтаранд. Дар айни замон, натиҷаҳои ченшудаи S21 каме бадтаранд. Сабаб метавонад дар он бошад, ки гузаронандагии мавод дар симулятсия хеле баланд аст ва ноҳамвории сатҳ пас аз коркарди воқеӣ бад аст. Умуман, натиҷаҳои ченшуда бо натиҷаҳои симулятсия мувофиқанд ва паҳнои банди интиқол ба талаботи 70 ГГц ҷавобгӯ аст, ки имконпазирӣ ва дурустии SDV-TWT-и дугонаи пешниҳодшударо тасдиқ мекунад. Аз ин рӯ, дар якҷоягӣ бо раванди воқеии истеҳсол ва натиҷаҳои санҷиш, тарҳи дугонаи ултра-паҳногузари SDV-TWT, ки дар ин мақола пешниҳод шудааст, метавонад барои истеҳсол ва татбиқи минбаъда истифода шавад.
Дар ин мақола, тарҳи муфассали тақсимоти ҳамвори SDV-TWT душуоъи 220 ГГц пешниҳод шудааст. Омезиши кори дугона ва ангезиши душуоъ паҳнои банд ва қувваи баромадро боз ҳам зиёд мекунад. Санҷиши истеҳсолӣ ва хунукӣ низ барои тасдиқи дурустии тамоми HFS анҷом дода мешавад. Натиҷаҳои воқеии андозагирӣ бо натиҷаҳои симулятсия мувофиқанд. Барои EOS душуоъи тарҳрезишуда, як қисмати ниқоб ва электродҳои идоракунӣ якҷоя барои истеҳсоли шуоъи дуқалам истифода шудаанд. Дар зери майдони магнитии фокусии якхелаи тарҳрезишуда, шуоъи электронӣ метавонад ба масофаҳои дур бо шакли хуб устувор интиқол дода шавад. Дар оянда, истеҳсол ва санҷиши EOS анҷом дода мешавад ва санҷиши гармии тамоми TWT низ анҷом дода мешавад. Ин нақшаи тарҳрезии SDV-TWT, ки дар ин мақола пешниҳод шудааст, технологияи коркарди ҳамвории ҳозираро пурра муттаҳид мекунад ва дар нишондиҳандаҳои иҷро ва коркард ва васлкунӣ потенсиали бузургеро нишон медиҳад. Аз ин рӯ, ин мақола боварӣ дорад, ки сохтори ҳамвор эҳтимолан ба тамоюли рушди дастгоҳҳои электронии вакуумӣ дар диапазони терагерц табдил меёбад.
Аксари маълумоти хом ва моделҳои таҳлилии ин таҳқиқот дар ин мақола дохил карда шудаанд. Маълумоти иловагии дахлдорро аз муаллифи дахлдор бо дархости оқилона гирифтан мумкин аст.
Гамзина, Д. ва диг. Коркарди наноандозаи CNC дар электроникаи вакуумии субтерагерц. IEEE Trans.electronic Devices.63, 4067–4073 (2016).
Малекабадӣ, А. ва Паолони, К. Микросохтори UV-LIGA-и роҳнамоҳои мавҷҳои зеритерагерц бо истифода аз фоторезисти бисёрқабата SU-8. J. Micromechanics.Microelectronics.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
Dhillon, SS ва дигарон. Харитаи роҳ дар технологияи THz, 2017. J. Physics.D to apply.physics.50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
Шин, Ю.М., Барнетт, Л.Р. ва Луманн, Каролинаи Шимолӣ Маҳдудияти қавии паҳншавии мавҷҳои плазмонӣ тавассути мавҷгирҳои дуқабата бо шабакаи ултра-паҳногузар.application.physics.Wright.93, 221504. https://doi.org/10.1063/1.3041646 (2008).
Байг, А. ва дигарон. Иҷрои пурқувваткунандаи мавҷи сайёри найчаи 220-GHz бо коркарди нано CNC. Дастгоҳҳои электронии транс. IEEE. 64, 590–592 (2017).
Хан, Ю. ва Руан, К.Ҷ. Таҳқиқи ноустувории диокотронии шуоъҳои электронии варақаҳои бепоёни васеъ бо истифода аз назарияи модели моеъи хунуки макроскопӣ. Чин Физ Б. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/104101 (2011).
Галдецкий, А.В. дар бораи имконияти афзоиши паҳнои банд тавассути тарҳбандии ҳамвори шуоъ дар клистрони бисёршуоъ. Дар 12-умин Конфронси байналмилалии IEEE оид ба электроникаи вакуумӣ, Бангалор, Ҳиндустон, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.2011.5747003 (2011).
Нгуен, СиҶей ва дигарон. Тарроҳии таппончаҳои электронии сешуоъ бо тақсимоти ҳамвории тақсимкунандаи танг дар найчаи мавҷи ҳаракаткунандаи дуқабата бо теғи зинапояи W-диапазон [J]. Science.Rep. 11, 940. https://doi.org/10.1038/s41598-020-80276-3 (2021).
Wang, PP, Su, YY, Zhang, Z., Wang, WB & Ruan, CJ Системаи оптикии электронии сешуоъи тақсимшудаи Планарӣ бо ҷудокунии шуоъи танг барои ҳолати асосии диапазони W TWT.IEEE Дастгоҳҳои транс.электронӣ.68, 5215–5219 (2021).
Жан, М. Таҳқиқот дар бораи найчаи мавҷии сайёри дуқабата бо ҳам пайвастшуда бо чӯбҳои варақаҳои миллиметрӣ 20-22 (PhD, Донишгоҳи Бэйханг, 2018).
Руан, СиҶей, Жанг, ХФ, Тао, Ҷ. ва Хе, Ю. Таҳқиқот оид ба устувории таъсири мутақобилаи мавҷи шуоъ дар найчаи мавҷи сайёри дуқабатаи байнибасомадаи G. 2018 Конфронси 43-юми байналмилалӣ оид ба миллиметри инфрасурх ва мавҷҳои терагерц, Нагоя. 8510263, https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2018.8510263 (2018).