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太赫兹驱动电子加速的PBG波导优化

DOI：10.1109/TPS.2020.2980496 期刊：IEEE Transactions on Plasma Science 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 对二维光子带隙介电结构（亦称光子晶体）的特性进行了数值研究，以辅助设计太赫兹（THz）驱动的直线电子加速器波导。鉴于太赫兹加速机制中驱动脉冲具有宽带特性，其中一个设计目标是最大化光子带隙宽度，从而使相关频率能在光子晶体线性缺陷波导中传播。所提出的设计方案经过优化，在有效加速带宽与同步中心频率下的强束-波相互作用之间实现了最佳平衡。通过对比加速带宽、加速电压和表面磁场等参数，将该几何结构与文献中的主要对比方案——介质包层波导进行了比较。
作者： Andrew Vint，Graeme Burt，Rosa Letizia
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究并优化用于太赫兹驱动直线电子加速的二维光子带隙介质结构设计，重点在于最大化光子带隙宽度以实现宽带脉冲传输，并在同步中心频率处实现强束波相互作用。

研究成果

研究表明，基于光子晶体的波导可针对太赫兹驱动电子加速进行优化，在加速带宽与束流-波相互作用强度之间实现平衡。尽管与介质包层波导相比加速电压较低，但光子带隙波导（PBG-Ws）能显著降低壁面磁场和电阻损耗，使其成为未来太赫兹加速技术颇具前景的设计方案。

研究不足

该研究的局限性在于：模拟中结构对网格缺陷的敏感性、光子带隙宽度与群速度之间的权衡，以及当前太赫兹脉冲生成技术的现状（其限制了可用脉冲能量）。

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