三角晶格金屬柱PBG諧振腔的設計

摘 要:隨著回旋管向高頻發展，高次諧波互作用研究成為重要方向。當普通回旋管工作在高次諧波時，效率很低，尤其是模式競爭問題很難解決。因此，必須改進結構，才能有效地實現高次諧波互作用。而光子晶體結構恰恰能對非工作模式實現有效的抑制。介紹了一種新的光子晶體諧振腔設計方法并成功設計出一個工作于高次模式下單模傳輸(TM01)的三角晶格金屬柱PBG諧振腔。進一步改進后得到了一個工作在Ka波段的光子晶體諧振腔。該結構能應用于目前項目研究，具有工程價值。關鍵詞:高次諧波; 模式競爭; PBG諧振腔; 單模; Ka波段

中圖分類號:TN124-34文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)16-0127-03

Design of PBG Resonators with Triangular Metallic Lattice

WANG Lei-lei1， LUO Yong1， MU Hong-bing1， WANG Yong-qiang2

(1. School of Physical Electronics， University of Electronic Science and Technology of China ，Chengdu 610054，China;

2.Shanghai Institute of Iron Equipment Group Co. Ltd.， Shanghai 200070，China)

Abstract: Harmonic wave interaction research becomes more and more important with the development of gyrotron. There are several disadvantages of low efficiency and bad mode competition when the gyrotron working on the high cyclotron harmonic. Special structure shall be promoted to solve these problems， while PBG can meet those needs. A new way to design the PBG resonators with triangular metallic lattice and which works on the high modes with single mode transmission are introduced. Further more， a PBG resonator which works on the Ka-band is gained. Keywords: high harmonic; mode-competition; PBG resonators; single-mode; Ka-band

0 引 言

光子晶體，即所謂的“光半導體”，是一種由介質或金屬周期排列構成的人工材料。由于其獨特的性能和潛在的巨大應用前景，近十年來，光子晶體已成為一個發展迅速的科學研究新領域。光子晶體具有2個重要的特性:

(1) 光子禁帶(photonic band gap)也稱光帶隙結構。當入射光的頻率落在禁帶內時，光不能穿過光子晶體，無法在其中傳播。而處于具有完全帶隙結構(所有方向的入射都被全反射)的光子晶體中的原子自發輻射被禁止;

(2) 光子局域(photonic localization)。當在光子晶體的周期性或者對稱性結構中引入缺陷使得周期性或者對稱性被破壞時，在其光子帶隙中就會出現頻率極窄的缺陷態。與缺陷態頻率一致的光子就會被禁錮在缺陷附近，一旦離開缺陷位置光就會大幅度衰減。正是由于光子晶體所具有的類似于半導體的能帶結構，以及其可能對光的控制能力，光子晶體在集成光學，激光器，微波領域和光通信方面正飛速的發展[1-3]。……