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170 GHz兆瓦级回旋管TE_(25,10)准光模式变换器设计

Design of 170 GHz TE_(25,10) mode quasi-optical mode converter for MW-level gyrotrons
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摘要 为满足聚变用170 GHz回旋管高功率输出和高效率传输的要求,需将高阶工作模式TE_(25,10)转换为高斯波束;针对这一技术需求,完成了170 GHz、TE_(25,10)模式高效准光模式变换器的设计,准光模式变换器由辐射器和镜面系统组成。基于几何光学和耦合波理论,完成了Denisov型辐射器相关设计;基于矢量衍射定理和相位校正算法,设计了由一个抛物面镜面、一个准椭圆镜面及一个相位校正镜面组成的镜面系统;使用Surf3D软件对辐射器进行了优化和计算,使用三维全波仿真软件FEKO对镜面系统进行了优化和计算,主要对辐射器微扰幅值、位置分布及相位差进行了优化。所设计准光模式变换器系统的能量转换效率约为95.2%,波束在输出窗处的标量高斯含量约为97.6%,矢量高斯含量约为91.8%,达到了回旋管的应用要求。 In order to meet the requirements of high-power output and high-efficiency transmission of the 170 GHz gyrotron for fusion,it is necessary to convert the operating mode of TE_(25,10) to a Gaussian beam for output.In response to this technical requirement,based on the vector diffraction theory,geometric optics,coupled wave theory,and phase correction algorithm,a 170 GHz,TE_(25,10) mode high-efficiency quasi-optical mode converter was designed using a numerical calculation program.The mode converter consists of a Denisov launcher,a parabolic mirror,a quasi-elliptical mirror,and a phase correction mirror.Using Surf3D software and commercial simulation software FEKO for simulation calculation,the energy conversion efficiency of the designed quasi-optical mode converter is about 95.2%,the beam scalar Gaussian content is about 97.6%,and the vector Gaussian content is about 91.8%,reaching the application of gyrotron requirement.
作者 陈璞 曾旭 张亦弛 高东硕 冯进军 CHEN Pu;ZENG Xu;ZHANG Yi-Chi;GAO Dong-Shuo;FENG Jin-Jun(National Key Laboratory of Science and Technology on Vacuum Electronics,Beijing Vacuum Electronics Research Institute,Beijing 100015,China)
出处 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期350-355,共6页 Journal of Infrared and Millimeter Waves
基金 国家重点研发计划(2017YFE0300203)。
关键词 回旋管 模式变换器 准光 Denisov型辐射器 170 GHz gyrotron mode converter quasi-optical technology Denisov launcher 170 GHz
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参考文献4

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