桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,广西 桂林 541004
基于磁聚焦成像的脉冲展宽分幅相机是具有超快时间分辨的诊断设备,空间电荷效应是制约其时空性能向更高量级提升的主要因素。为研究脉冲展宽分幅相机中的空间电荷效应,基于电子脉冲电势分布和电场力方程建立研究模型,将电子脉冲动态特性融入模型分析。研究结果显示,由成像磁场引起的电子脉冲动态半径对空间电荷效应时空弥散影响显著,当轴上磁场强度为4.585×10-3 T时,随着离轴位置增加至15 mm,磁场强度提高到4.763×10-3 T;由于离轴电子脉冲散焦使动态半径较大,因此在降低电子密度的同时,使空间电荷效应的时间弥散由2.94 ps减小至483 fs,空间弥散由668 μm减小至22 μm;当轴上磁场强度由4.585×10-3 T降低至3.359×10-3 T时,与最优空间分辨性能相似,空间电荷效应时空弥散在磁场3.4×10-3~3.5×10-3 T区域内达到最小,此时离轴15 mm内的时间弥散范围为256~392 fs,空间弥散范围为3.1~15.4 μm。研究结论为分析磁场对脉冲展宽分幅相机空间电荷效应的影响提供一定的理论参考。
超快光学 超快诊断技术 脉冲展宽分幅相机 空间电荷效应 成像磁场 时空弥散
江南大学物联网工程学院电子工程系物联网技术应用教育部工程研究中心,江苏 无锡 214122
本文在自支撑衬底上制备了P-I-N型GaN紫外探测器,测量并研究了其正向电流输运机制。结果表明,正向电压VF>2 V时,电子扩散电流才开始占主导。有效禁带宽度Eg~2.21 eV远低于理想值,这归因于可导位错引入的能带扰动;当1.35 V<VF<2 V时,理想因子n>2,表明电子缺陷辅助隧穿电流为主要电流分量。电流具有负温度系数,这主要是由电子被激发到能量更高的导带后其有效禁带宽度增大导致的;在VF <0.8 V和0.8 V<VF<1.35 V区间,电流-电压曲线为功率依赖关系,该行为与电子空间电荷限制机制一致。功率因子分别为8和4,由特征温度可得到两种不同的有效能带宽度,分别对应于两种指数衰减的缺陷态分布。
探测器 GaN探测器 P-I-N型 缺陷辅助隧穿 空间电荷限制电流 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2304002
1 中国科学院电工研究所,北京 100190
2 中国科学院大学,北京 100049
目前,国产大功率端窗X射线管存在束流和功率小于设计值的问题。从热电子发射理论和空间电荷受限发射理论出发,对大功率端窗X射线管的束流进行优化研究。在理论仿真中,计算两种理论模型下的电子束轨迹、束流大小和靶面焦斑。计算分析表明,现有问题主要是灯丝附近的电势分布不合理造成的。基于这一分析,对现有结构提出两种优化方案:一种不改变现有结构仅通过改变灯丝电势来克服灯丝附近的空间电荷效应;另一种通过改变灯丝位置来使灯丝附近的加速电压分布更加合理。基于这两种优化方案,再次进行仿真计算,计算结果显示,两种方案可以有效提高现有大功率X射线管的束流。最后设计了验证性实验,测得了该结构在额定最大灯丝电流下的温度限制束流大小,并验证了仿真计算的准确性,同时也验证了提出的两种优化方案的可行性。
X射线源 空间电荷限制 热电子发射 性能优化 光学学报
2023, 43(22): 2234001
1 西安空间无线电技术研究所 空间微波技术重点实验室,西安 710100
2 郑州大学 物理学院,郑州 450001
3 南方科技大学 深圳市电磁信息重点实验室,广东 深圳 518055
微放电是制约航天器微波部件功率容量的主要瓶颈之一。以介质微波部件中典型的介质加载平行板波导为例,基于三维粒子模拟分别对仅考虑外加微波场(情况1)、考虑外加微波场和空间电荷(情况2)以及考虑外加微波场、空间电荷和介质表面电荷(情况3)三种情况下微放电演化过程中电子数目、瞬态二次电子发射系数、归一化反射波电压以及介质表面与上金属板之间的间隙电压随时间的变化进行了仿真,并给出了情况3电子分布和介质表面电荷密度随时间的变化过程。在此基础上,明确了空间电荷和介质表面电荷在微放电过程中所起的不同作用:即空间电荷会使微放电达到饱和状态,介质表面电荷则导致微放电饱和状态无法持续,最后自行熄灭。介质表面电荷导致了微放电过程中介质和金属瞬态二次电子发射系数下降速率不一致,归一化反射波电压幅度随时间变化的包络类似于“眼睛”形状、间隙电压类直流偏置、非对称电子能量分布等特殊现象。
微放电 空间电荷 介质表面电荷 粒子模拟 multipactor space charge surface charge on the dielectric particle-in-cell simulation 强激光与粒子束
2023, 35(3): 033003
1 深圳技术大学 工程物理学院,先进材料测试技术研究中心,深圳市超强激光与先进材料技术重点实验室,广东 深圳 518118
2 深圳大学物理与光电工程学院,深圳市微纳光子信息技术重点实验室,教育部/广东省共建光电子器件和系统重点实验室,广东 深圳 518060
激光加速器可以输出具有独特品质的质子束,例如µm尺寸、ps脉冲长度和高峰值电流。强流粒子束的空间电荷力效应较强,对面向应用的束流传输提出了挑战。通过二维PIC模拟研究了激光加速后与质子速度接近的电子的影响。采用椭球模型估算空间电荷力的影响,比较不同电荷分布的差异。结果表明每束团质子数超过1010后空间电荷力显著影响质子束传输,甚至严重破坏束流品质。空间电荷力的影响在20 ps后显著减弱,离开靶约1.2 mm。
激光加速 质子束 空间电荷力 高亮度 laser acceleration proton beam space charge force high brightness 强激光与粒子束
2023, 35(2): 021004
重庆理工大学理学院绿色能源材料技术与系统重庆市重点实验室, 重庆 400054
提出以单缺陷双边带非线性载流子输运方程描述InP∶Fe中光折变动态光栅的写入过程,通过微扰法将非线性方程线性化,从而求得小调制干涉图样下空间电荷场的稳态解,并用耦合波方程建立空间电荷场与增益系数的关系。研究温度、泵浦光强、外加直流电场和入射角对增益系数的影响。结果表明,增益系数存在温度-光强共振,最佳泵浦光强强烈依赖于晶体工作温度;施加直流电场对增益系数有明显提升作用,在10 kV·cm -1范围内增益随外加直流电场增加而线性增加;并且,在温度-光强共振条件下存在最佳入射角。在室温为298 K和外加电场为5 kV·cm -1时,最佳泵浦光强为218 mW·cm -2,最佳入射角为5°。通过InP∶Fe双波混频实验研究泵浦光强、外加直流电场和入射角对增益系数的影响,实验结果表明,增益系数变化规律与理论预测一致,验证了单缺陷双边带模型的合理性,该研究为Ⅲ-Ⅴ族半导体光折变晶体的双波混频研究提供重要的参考价值。
非线性光学 光折变材料 双波混频 空间电荷场 增益 外加电场 磷化铟 光学学报
2021, 41(12): 1219001
齐鲁工业大学(山东省科学院)新材料研究所, 山东 济南 250014
钽铌酸钾(KTN)电光偏转器件具有角度大、电压低、无惯性和体积小等优点,近年来获得广泛关注。回顾了国内外KTN晶体器件及其应用的研究现状,阐述了基于该晶体空间电荷、组分梯度和温度梯度的电光偏转的基本原理,讨论了器件的特征参数和偏转性能的主要影响因素,介绍了几种基于KTN电光偏转的元器件及应用实例,总结了目前需要解决的问题及未来的发展趋势。
材料 偏转器 钽铌酸钾 电光效应 空间电荷 激光与光电子学进展
2020, 57(7): 071609
强激光与粒子束
2020, 32(2): 025011