Tapadh leibh airson tadhal air Nature.com.Chan eil mòran taic aig an tionndadh brobhsair a tha thu a’ cleachdadh airson CSS. Airson an eòlas as fheàrr, tha sinn a’ moladh gun cleachd thu brobhsair ùraichte (no cuir dheth modh co-chòrdalachd ann an Internet Explorer). San eadar-ama, gus dèanamh cinnteach à taic leantainneach, seallaidh sinn an làrach gun stoidhlichean agus JavaScript.
Anns a’ phàipear seo, thathar a’ dealbhadh agus a’ dearbhadh pìob tonn siubhail lann-dùbailte eadar-dhuilleagach àrd-chumhachd 220GHz.An toiseach, thathar a’ moladh structar tonn slaodach dà-slat dà-chonnaidh planar le lann-dùbailte le lann-dùbailte. , is e an bholtadh dràibhidh 20 ~ 21 kV, agus is e an t-sruth 2 × 80 mA agus is e an raon magnetach fòcas 0.6 T, a tha gu leòr airson a bhith a’ còmhdach an t-siostam tricead àrd gu lèir (HFS). Is e am làithreach 2 × 80 mA, is e a’ bhuannachd 38 dB, agus tha an leud-bann 3-dB nas àirde na 35 dB mu 70 GHz. stòran rèididheachd le comas airson tagraidhean san àm ri teachd.
Mar inneal dealanach traidiseanta falamh, tha àite neo-sheasmhach aig tiùb tonn siubhail (TWT) ann an iomadh tagradh leithid radar àrd-rèiteachaidh, siostaman conaltraidh saideal, agus sgrùdadh fànais1,2,3. Anns na bliadhnachan mu dheireadh, tha structaran tonn slaodach ùr-nodha (SWSn), leithid structaran meanbh-lann dà-thaobhach (SDV) agus structaran tonn-tonn fillte (FW), air mòran aire fhaighinn mar thoradh air na structaran planar nàdarra aca, gu sònraichte na SDV-SWSs ùra le comas gealltanach. smachd (CNC) agus UV-LIGA, faodaidh an structar pacaid uile-mheatailt comas teirmeach nas motha a thoirt seachad le cumhachd toraidh agus buannachd nas àirde, agus faodaidh an structar coltach ri tonn-tonn cuideachd leud-bann obrach nas fharsainge a thoirt seachad. Airson an còmhlan-ciùil SDV-TWT aig UC-Davis, thathas a' cleachdadh sailean dealain-duilleig.- Excitation agus oscillation 6,7.Gus coinneachadh ri riatanasan cumhachd toraidh àrd, leud-bann farsaing agus deagh sheasmhachd THz TWT, thathas a’ moladh SDV-SWS dà-beam le obrachadh dà-mhodh anns a ’phàipear seo. Ma tha an dùmhlachd gnàthach ro àrd, feumar an sruth beam a lughdachadh, agus mar thoradh air sin bidh toradh toraidh gu ìre ìosal. Mar sin, tha e buannachdail seasmhachd an tiùb tonn siubhail a chumail suas.
Tha structar a’ phàipeir seo mar a leanas.An toiseach, thathas a’ toirt cunntas air dealbhadh cealla SWS le paramadairean, mion-sgrùdadh feartan sgaoilidh agus toraidhean atharrais àrd-tricead.An uairsin, a rèir structar cealla an aonaid, tha siostam eadar-obrachaidh beam peansail dùbailte EOS agus beam air an dealbhadh anns a’ phàipear seo. Mu dheireadh dèan geàrr-chunntas.
Mar aon de na pàirtean as cudromaiche den TWT, tha feartan sgaoilte an structar tonn slaodach a’ nochdadh a bheil an astar dealanach a’ freagairt ri luaths ìre an SWS, agus mar sin a’ toirt buaidh mhòr air an eadar-obrachadh tonn beam. beam gus tuilleadh leasachaidh a dhèanamh air cumhachd toraidh agus seasmhachd obrachaidh.Aig an aon àm, gus an leud-bann obrach a mheudachadh, chaidh modh dùbailte a mholadh airson SWS operation.Mar thoradh air co-chothromachd structar SDV, faodar fuasgladh an co-aontar sgaoilidh raon electromagnetic a roinn ann am modhan neònach agus eadhon.
A rèir riatanasan cumhachd, tha an tiùb gu lèir air a dhealbhadh le bholtadh dràibhidh de 20 kV agus sruth beam dùbailte de 2 × 80 mA.
Le bhith a’ suidheachadh an gluasad ìre gu 2.5π aig tricead meadhan 220 GHz, faodar an ùine p a thomhas mar 0.46 mm. Tha Figear 2a a’ sealltainn feartan sgaoilidh cealla aonad SWS. Tha Figear 2b a’ sealltainn a’ bhacadh cuibhreachaidh cuibheasach, a tha nas àirde na 0.6 Ω bho 210 gu 290 GHz, a’ nochdadh gum faodadh eadar-obrachaidhean làidir tachairt anns an leud-bann obrachaidh.
(a) Feartan sgaoilidh SDV-SWS dà-mhodh le loidhne-dealain 20 kV. (b) Bacadh eadar-obrachaidh de chuairt tonn slaodach SDV.
Ach, tha e cudromach toirt fa-near gu bheil beàrn còmhlan eadar modhan neònach is eadhon, agus mar as trice bidh sinn a’ toirt iomradh air a’ bheàrn chòmhlain seo mar a’ chòmhlan stad, mar a chithear ann am Figear 2a.Ma tha an TWT air obrachadh faisg air a’ chòmhlan tricead seo, dh’ fhaodadh neart làidir ceangail beam tachairt, a dh’ adhbhraicheas oscillations gun iarraidh. Gus faighinn a-mach a bheil am beàrn còmhlan beag seo ag adhbhrachadh oscillations.
Tha am modail den HFS gu lèir air a shealltainn ann am Figear 3.It air a dhèanamh suas de dhà ìre de SDV-SWS, ceangailte le Bragg reflectors.The gnìomh an reflector a bhith a 'gearradh dheth an tar-chur chomharran eadar an dà ìre, a chumail fodha oscillation agus meòrachadh modhan neo-obrach leithid modhan àrd-òrdugh a chruthachadh eadar na h-àrd agus ìosal lannan, mar sin a' leasachadh gu mòr seasmhachd na h-àrainneachd air fad a tha air a chleachdadh le teipichean SWR, ceangal SWR. 4 waveguide àbhaisteach.Tha co-èifeachd tar-chuir an structair dà-ìre air a thomhas le fuasgladh àrainn 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 giùlan air a lughdachadh gu 2.25 × 107 S / m12.
Tha na toraidhean a' sealltainn nach eil mòran buaidh aig a' chàraid air coileanadh tar-chuir an HFS gu lèir.
Mar sholarachadh cumhachd innealan dealanach falamh, bidh an gunna dealain a’ dearbhadh gu dìreach an urrainn don inneal cumhachd toraidh gu leòr a ghineadh. Còmhla ri mion-sgrùdadh HFS ann an Roinn II, feumar EOS dà-beam a dhealbhadh gus cumhachd gu leòr a thoirt seachad.2, tha an bholtadh dràibhidh Ua de na sailean dealanach air a shuidheachadh an toiseach gu 20 kV, tha na sruthan I den dà ghiùlan dealanach le chèile 80 mA, agus is e trast-thomhas beam d de na sailean dealanach 0.13 mm. 603 A/cm2, agus is e dùmhlachd gnàthach na catod 86 A/cm2, a ghabhas a choileanadh le Tha seo air a choileanadh le bhith a’ cleachdadh stuthan catod ùra.
Tha Figear 5 a’ sealltainn diagraman sgeamaichean còmhnard is inghearach a’ ghunna, fa leth. Chìthear gu bheil ìomhaigh a’ ghunna dealanach anns an t-slighe-x cha mhòr co-ionann ri ìomhaigh gunna àbhaisteach coltach ri duilleag, agus anns an stiùireadh y tha an dà ghiùlan dealanach air an sgaradh gu ìre leis a’ mhasg. Tha suidheachadh an dà chatod aig x0 = . mm, fa leth.
Gus am bi an raon dealain cuimsichte a gheibh gach beam dealain anns an t-slighe-x co-chothromach mun ionad aige fhèin, tha am pàipear seo a' cur an dealain-smachd air a' ghunna dealain. anns an y-direction, agus bidh gach giùlan dealanach a’ tighinn còmhla a dh’ ionnsaigh an x-stiùiridh air an ionad co-chothromachd aige fhèin, a tha a’ nochdadh gu bheil an dealan-smachd a’ cothromachadh an raon dealain neo-ionann a ghineadh leis an electrod fòcasach.
Tha Figear 7 a 'sealltainn a' chèis beam anns na stiùiridhean x agus y. uachdar.Chì sinn gu bheil cumadh na crois-earrainn as fhaisge air beam dealain cruinn àbhaisteach.Tha an astar eadar an dà ghiùlan dealanach faisg air an dealbhaichte 0.31 mm, agus tha an radius timcheall air 0.13 mm, a tha a’ coinneachadh ri riatanasan dealbhaidh.Figure 9 a’ sealltainn toraidhean atharrais an t-sruth-giùlain.
Leis an atharrachadh bholtachd dràibhidh ann an tagraidhean practaigeach, feumar sgrùdadh a dhèanamh air cugallachd bholtachd a’ mhodail seo. Anns an raon bholtachd de 19.8 ~ 20.6 kV, gheibhear na cèisean sruth-sruth is beam, mar a chithear ann am Figear 1 agus Figear 1.10 agus 11.From na toraidhean, chìthear nach eil buaidh aig atharrachadh bholtachd dràibhidh air a’ chèis dealain a-mhàin .0.7 agus atharraichean bholtaids dealain gu A. .Mar sin, faodar beachdachadh gu bheil an gunna dealanach a chaidh a dhealbhadh sa phàipear seo gu math cugallachd ri bholtadh.
A’ bhuaidh a th’ aig caochlaidhean bholtachd dràibhidh air na cèisean beam x- agus y-direction.
Is e siostam fòcas magnet maireannach cumanta a th’ ann an raon fòcas magnetach èideadh. 18,19, faodar luach raon magnetach Brillouin a thomhas le co-aontar (2). Anns a’ phàipear seo, bidh sinn cuideachd a’ cleachdadh an co-ionannachd seo gus tuairmse a dhèanamh air raon magnetach beam peansail dùbailte air a sgaoileadh gu taobhach. Còmhla ris a’ ghunna dealanach a chaidh a dhealbhadh sa phàipear seo, tha an luach raon magnetach àireamhaichte timcheall air 4000 Gs. A rèir Ref.20, 1.5-2 uair an luach àireamhaichte mar as trice air a thaghadh ann an dealbhadh practaigeach.
Tha Figear 12 a’ sealltainn structar siostam achaidh fòcas raon magnetach èideadh.Is e am pàirt gorm an magnet maireannach air a magnetachadh anns an stiùireadh axial.Is e NdFeB no FeCoNi.The remanence Br a tha suidhichte anns a’ mhodail atharrais 1.3 T agus is e an permeability 1.05.Gus dèanamh cinnteach gu bheil tar-chuir seasmhach an t-seam anns a’ chuairt gu lèir, tha fad an magnet air a shuidheachadh anns a’ chuairt gu lèir, is e 7 mm an fhad a chaidh a shuidheachadh anns a’ chuairt gu h-iomlan. tha an raon magnetach transverse anns an t-sianal beam èideadh, a dh 'fheumas nach urrainn am meud san stiùireadh x a bhith ro bheag. Aig an aon àm, a' beachdachadh air cosgais agus cuideam an tiùba gu lèir, cha bu chòir meud an magnet a bhith ro mhòr.
Ann an 2015, mhol Purna Chandra Panda21 pìos pòla le toll ceum ùr ann an siostam fòcas magnetach èideadh, a dh’ fhaodadh lùghdachadh a bharrachd a dhèanamh air meud aoidionachd flux don chatod agus an raon magnetach transverse a chaidh a chruthachadh aig toll a ’phìos pòla. tha an astar eadar na tuill pìos pòla 2mm, mar a chithear ann am Figear 13.
Tha Figear 14a a 'sealltainn cuairteachadh an achadh magnetach axial air feadh loidhnichean meadhan an dà ghiùlan dealanach. Chithear gu bheil na feachdan achadh magnetach air feadh an dà ghiùlan dealanach co-ionnan.Tha luach an raoin magnetach mu 6000 Gs, a tha 1.5 uair an raon Brillouin teòiridheach airson àrdachadh tar-chuir agus fòcas coileanaidh. Tha aois.Figure 14b a’ sealltainn cuairteachadh an raoin magnetach transverse Le bhith anns an stiùireadh z aig oir àrd an dà ghiùlan dealanach.Chì e gu bheil an raon magnetach transverse nas lugha na 200 Gs a-mhàin aig toll a’ phìos pòla, fhad ‘s a tha e anns a’ chuairt tonn slaodach, tha an raon magnetach transverse cha mhòr neoni, a tha a’ dearbhadh gu bheil buaidh an raon magnetach transverse air an raon electron a tha riatanach gus casg a chuir air an raon magnetach gus casg a chuir air an raon magnetach. Tha an neart taobh a-staigh na pìosan pòla.Figure 14c a’ sealltainn luach iomlan cuairteachadh an raoin magnetach taobh a-staigh a’ phòla.Chì e gu bheil luach iomlan neart an raoin magnetach nas lugha na 1.2T, a’ nochdadh nach tachair sùghaidh magnetach a’ phìos pòla.
Sgaoileadh neart achaidh magnetach airson Br = 1.3 T.(a) Sgaoileadh achaidh axial.(b) Sgaoileadh achaidh taobhach Le taobh z.(c) Luach iomlan cuairteachadh achaidh taobh a-staigh a’ phìos pòla.
Stèidhichte air modal CST PS, tha suidheachadh dàimheach aiseach a’ ghunna giùlan dùbailte agus an siostam fòcas air a mheudachadh.9 agus samhlaidhean, is e an t-àite as fheàrr far a bheil am pìos anode a’ dol thairis air a’ phìos pòla air falbh bhon magnet. Chìthear gu bheil tar-chur math aig an t-seam, atharrachadh beag, agus astar tar-chuir nas motha na 45mm.
Slighean de ghiùlan peansail dùbailte fo shiostam magnetach aon-ghnèitheach le Br = 1.4 T.(a) plèana xoz.(b) itealan yoz.
Tha Figear 16 a’ sealltainn crois-roinn an t-seam aig diofar shuidheachaidhean air falbh bhon chatode.It chìthear gu bheil cumadh na h-earrainn beam anns an t-siostam fòcas air a chumail suas gu math, agus chan eil trast-thomhas na h-earrainn ag atharrachadh mòran. Tha e mu 2 × 80 mA, a tha co-chòrdail ris an luach àireamhaichte ann an dealbhadh gunna dealanach.
Tar-roinn beam dealanach (le siostam fòcas) aig diofar shuidheachaidhean air falbh bhon chatod.
A’ beachdachadh air sreath de dhuilgheadasan leithid mearachdan cruinneachaidh, caochlaidhean bholtachd, agus atharrachaidhean ann an neart an raoin magnetach ann an tagraidhean giullachd practaigeach, feumar sgrùdadh a dhèanamh air cugallachd an t-siostam fòcas. Leis gu bheil beàrn eadar am pìos anod agus am pìos pòla ann an giullachd dha-rìribh, feumar a’ bheàrn seo a shuidheachadh san atharrais. Tha an raon mearachd air a shuidheachadh gu ±0.5 kV.Figure 19b a’ sealltainn toraidhean coimeas. nach atharraich a’ chèis beam gu mòr, a tha a’ ciallachadh nach eil an EOS gu lèir mothachail air atharrachaidhean ann an neart an raoin magnetach.
Cèis beam agus toraidhean gnàthach fo shiostam fòcas magnetach èideadh. (a) Is e fulangas an t-seanaidh 0.2 mm. (b) Is e an atharrachadh bholtachd dràibhidh ± 0.5 kV.
Cèis beam fo shiostam fòcas magnetach èideadh le caochlaidhean neart raon magnetach aiseach eadar 0.63 agus 0.68 T.
Gus dèanamh cinnteach gum faod an siostam fòcas a tha air a dhealbhadh sa phàipear seo a bhith co-ionnan ri HFS, feumar an siostam fòcas agus HFS a chur còmhla airson rannsachadh. Tha Figear 21 a 'sealltainn coimeas eadar cèisean beam le agus às aonais HFS loaded.
Gus dearbhadh dè cho ceart ‘s a tha an EOS a chaidh a mholadh ann an Earrann III agus sgrùdadh a dhèanamh air coileanadh an 220 GHz SDV-TWT, thathas a’ coileanadh atharrais 3D-PIC de eadar-obrachadh tonn-tonn.Air sgàth crìochan bathar-bog atharrais, cha b’ urrainn dhuinn an EOS gu lèir a chuir ri HFS. air a dhealbhadh gu h-àrd. Mar thoradh air neo-chunbhalachd agus deagh sheasmhachd EOS, faodar an bholtadh dràibhidh a mheudachadh gu ceart gus an cumhachd toraidh as fheàrr a choileanadh ann an simulation PIC.
Gus an comharra toraidh as fheàrr fhaighinn, feumar an àireamh de chuairtean a mheudachadh cuideachd. Gheibhear a’ chumhachd toraidh as fheàrr nuair a tha an àireamh de dhà ìre ann an cearcallan 42 + 48, mar a chithear ann am Figear 22a.A.A 0.05 W comharra cuir a-steach air a mheudachadh gu 314 W le buannachd de 38 dB. suidheachadh cuairteachadh lùth dealanach anns an SWS, leis a 'mhòr-chuid de na dealanan a' call lùth.
Comharra toraidh SDV-SWS aig 220 GHz. (a) Cumhachd toraidh le speactram air a ghabhail a-steach. (b) Sgaoileadh lùth de eleactronan leis an beam dealanach aig deireadh inset SWS.
Tha Figear 23 a’ sealltainn leud-bann cumhachd toraidh agus buannachd SDV-TWT.Dà-beam dà-mhodhail Faodar coileanadh toradh a leasachadh tuilleadh le bhith a’ sguabadh triceadan bho 200 gu 275 GHz agus a’ dèanamh an fheum as fheàrr de bholtaids an dràibhidh.
Ach, a rèir Fig. 2a, tha fios againn gu bheil còmhlan stad eadar na modhan neònach agus eadhon, a dh'fhaodadh leantainn gu oscillations nach eileas ag iarraidh.Mar sin, feumar sgrùdadh a dhèanamh air seasmhachd obrach timcheall nan stadan.Is e figearan 24a-c na toraidhean atharrais 20 ns aig 265.3 GHz, 265.35 ns, ged a tha toraidhean atharrais air cuid GHz, 265.35 GHz, agus 25 GHz fa leth air fhaicinn. Tha an speactram cuideachd air a shealltainn ann am Figear 24 fa leth, tha an speactram fìor-ghlan.
Anns a 'phàirt seo, tha an HFS air a dhèanamh le bhith a' cleachdadh teicneòlas smachd àireamhach coimpiutair (CNC) le trast-thomhas inneal 0.1 mm agus cruinneas innealachaidh de 10 μm. 20.00 mm agus àirde 8.66 mm.Tha ochd tuill prìne air an cuairteachadh timcheall an structair. Tha Figear 25b a’ sealltainn an structair le bhith a’ sganadh microscopy dealanach (SEM).
Tha Figear 26 a’ sealltainn a’ choimeas eadar fìor thoraidhean deuchainn agus atharrais air coileanadh tar-chuir. Gu h-iomlan, tha na toraidhean tomhaiste ag aontachadh gu math ri toraidhean an atharrais, agus tha an leud-bann tar-chuir a’ coinneachadh ris an riatanas 70 GHz, a dhearbhas ion-dhèantachd agus ceartachd an dà-mhodh SDV-TWT.
Anns a’ phàipear seo, thathas a’ taisbeanadh dealbhadh mionaideach de chuairteachadh planar 220 GHz SDV-TWT dà-beam.Airson an EOS dà-beam dealbhaichte, chaidh earrann masg agus dealanan smachd a chleachdadh còmhla gus beam dà-pheansail a thoirt gu buil. Fon raon magnetach fòcas èideadh dealbhaichte, faodar an giùlan dealanach a ghluasad gu seasmhach thar astaran fada le deagh chumadh. teicneòlas giullachd plèana aibidh, agus a’ nochdadh comas mòr ann an comharran coileanaidh agus giollachd agus assembly.Therefore, tha am pàipear seo den bheachd gu bheil structar planar nas dualtaiche a bhith na ghluasad leasachaidh de dh’ innealan dealanach falamh anns a ’chòmhlan terahertz.
Tha a' mhòr-chuid den dàta amh agus modailean mion-sgrùdaidh san sgrùdadh seo air an gabhail a-steach sa phàipear seo. Faodar tuilleadh fiosrachaidh iomchaidh fhaighinn bhon ùghdar iomchaidh ma thèid iarraidh reusanta.
Gamzina, D. et al.Nanoscale CNC machining de fo-terahertz vacuum electronics.IEEE Trans.electronic devices.63, 4067–4073 (2016).
Malekabadi, A. agus Paoloni, C. UV-LIGA microfabrication de fo-terahertz waveguides a 'cleachdadh multilayer SU-8 photoresist.J.Micromechanics.Microelectronics.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
Dhillon, SS et al.2017 mapa rathaid teicneòlas THz.J.Physics.D ri tagradh.physics.50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
Shin, YM, Barnett, LR & Luhmann, NC Cuibhreachadh làidir air iomadachadh tonn plasmonach tro bannan-leathann neo-sheasmhach dà-ghrating waveguides.application.physics.Wright.93, 221504. https://doi.org/10.1063/1.3041646 (2008).
Baig, A. et al.Coileanadh Meudaiche Tiùba Tonn Siubhail 220-GHz le inneal Nano CNC.IEEE Innealan trans.electronic.64, 590–592 (2017).
Han, Y. & Ruan, CJ A’ sgrùdadh neo-sheasmhachd diocotron de sailean dealanach le leud gun chrìoch a’ cleachdadh teòiridh modail lionn fuar macroscopach.
Galdetskiy, AV air a’ chothrom leud-bann a mheudachadh le cruth planar an beam ann an klystron multibeam.
Nguyen, CJ et al.Design de ghunnaichean dealanach trì-beam le cuairteachadh plèana sgoltadh giùlan cumhang ann an còmhlan W le lann-dùbailte a’ siubhal tiùb tonn siubhal[J].Science.Rep.11, 940. https://doi.org/10.1038/s41598-020-80276-3 (2021).
Sgaoil Wang, PP, Su, YY, Zhang, Z., Wang, WB & Ruan, CJ Planar siostam optigeach dealanach trì-beam le dealachadh giùlan cumhang airson modh bunaiteach W-band TWT.IEEE Trans.electronic devices.68, 5215–5219 (2021).
Zhan, M. Rannsachadh air Tiùb Tonn Siubhail Dà-lann Eadar-dhuilleagach le sailean duilleag Millimeter-Wave 20-22 (PhD, Oilthigh Beihang, 2018).
Ruan, CJ, Zhang, HF, Tao, J. & He, Y. Sgrùdadh air seasmhachd eadar-obrachadh beam-tonn de phìob tonn siubhal dà-lann eadar-duilleach G-chòmhlan.2018 43mh Co-labhairt Eadar-nàiseanta air Infrared Millimeter agus Terahertz Waves, Nagoya.8510263, https://doi.org/10.10108z ).