Diffraction at the Open-Ended Dielectric-Loaded Circular Waveguide: Rigorous Approach
本文提出了一种简洁、方便的求解圆形开口介质加载波导衍射问题的严格方法。它使用相应的Wiener-Hopf-Fock方程的解，并导致一个无限的线性系统的反射系数（S参数）的波导，后者可以有效地数值求解使用减少技术。作为一个具体的例子，直接适用于基于电介质内衬毛细管的光束驱动辐射源，考虑了具有均匀电介质填充的圆形波导的开口端处的慢TM对称模式的衍射。一系列这样的模式形成尾流场（切伦科夫辐射场）产生的带电粒子束在其通过沿波导轴。计算的S-参数进行了比较，从COMSOL模拟和一个很好的协议。在现代束驱动太赫兹发射器、太赫兹加速器和基于太赫兹的聚束操纵和聚束诊断系统的背景下，该方法预计将非常方便地分析研究太赫兹（THz）波（自由波和引导波）和具有慢波结构的带电粒子聚束的各种电磁相互作用。
2020-08-29 physics.acc-ph
Modelling of Inhomogeneous Disk-Loaded Waveguides: Matrix Difference Equations and WKB Approximation
提出了一种描述非均匀盘载波导（耦合谐振器链）的新方法。基于耦合积分方程技术和分解方法，得到了新的矩阵差分方程。已经开发了各种近似方法，包括WKB近似。
2020-10-17 physics.acc-ph physics.comp-ph
Comparative study of multipactor effect in rectangular and parallel-plate waveguides partially loaded with dielectric
在这项工作中，在部分介质加载矩形波导和其等效的部分介质加载平行板波导具有相同的高度的磁化率图的比较研究。这项研究表明，矩形波导内的电场的不均匀性如何修改的平行板波导的情况下预测的二次电子倍增器的磁化率图的边缘。此外，人口的演变和有效的电子和直流电场的轨迹出现在波导中的一个点以及与两种模型获得的微电子碰撞区域内的比较进行，显示一些定量的差异，在微电子碰撞的演变，但观察到类似的定性行为。
2020-05-02 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Design, fabrication and low-power RF measurement of an X-band dielectric-loaded accelerating structure
介质加载加速（DLA）结构正在研究作为传统的磁盘加载铜结构的替代品，以产生高加速梯度。本文介绍了一种外供电X波段DLA结构的设计、制作和低功率RF测量，其介电常数为16.66，损耗角正切tan_delta=0.0000343。用于将RF功率从圆形波导耦合到X波段DLA结构的介电匹配部分由宽度为2.035 mm且倾斜角为60度的非常紧凑的介电盘组成，从而在低RF场下产生宽带耦合，其具有在高功率环境中存活的潜力。在模拟研究的基础上，制作了DLA结构的原型。从实验室测量的结果和它们与设计值的比较。文中还详细分析了可能导致射频测量结果与模拟结果不一致的加工误差。
2021-10-23 physics.acc-ph
Parameters of the Disk Loaded Waveguide structure for intermediate particles acceleration in the intermediate energy range
盘载波导（DLW）是最常用的高频结构，用于加速轻粒子-高能范围内的电子。在一些物理实验中，需要将更重的粒子-μ子加速到中等能量。DLW参数被认为是粒子速度0.04 < β< 1的基波和最近的后向空间谐波。分析了DLW在低β频段和低频（L波段）应用的物理和技术限制。基于利用行波（TW）模式加速的特殊性、DLW单元尺寸的深度优化、DLW区段的最佳操作相位提前的选择以及前向和后向TW模式的组合，可以创建用于中间颗粒在速度范围0.2 < β< 1中的加速的简单、成本有效的加速系统，在某些参数上克服了驻波（SW）模式的RF腔加速系统。设计标准进行了讨论，并提出了可能的加速系统的例子。
2013-08-30 physics.acc-ph
Development and high-power testing of an X-band dielectric-loaded power extractor
介质加载结构是用于结构尾场加速（SWFA）技术的有希望的候选者，对于共线尾场和双束加速（分别为CWA和TBA）方法，由于它们的低制造成本、低射频损耗和承受高梯度的潜力。阿贡尾场加速器（AWA）正在开发一个短脉冲（<=20 ns）TBA计划，其中电介质加载结构用于功率提取器/传输结构（PETS）和加速器。在这项研究中，X波段11.7 GHz的电介质PETS的开发和测试在AWA设施，以证明高功率尾流场的产生。PETS由8个电子聚束的训练驱动，这些电子聚束间隔为769.2 ps（X波段射频周期的9倍），以实现相干尾场叠加。360 nC的总训练电荷通过PETS结构以产生~200 MW、~3 ns平顶RF脉冲而没有RF击穿。未来的实验计划通过优化结构设计和提高驱动光束质量，将产生的射频功率提高到约1 GW。
2019-07-01 physics.acc-ph
A compact, low field, broadband matching section for externally-powered X-band dielectric-loaded accelerating structures
将外部射频（RF）功率有效地耦合到圆柱形介质加载加速（DLA）结构在技术上具有挑战性，特别是当DLA结构具有高介电常数时。本文提出了一种新的匹配部分的设计，用于耦合RF功率从一个圆波导到X波段DLA结构的介电常数ε r=16.66和损耗角正切tan δ =0.0000343。它由一个非常紧凑的介质盘组成，宽度为2.035 mm，倾角为60度，在低RF场下实现宽带耦合，具有在高功率环境中生存的潜力。为了防止尖锐的介电角断裂，还添加了45度倒角。一个微尺度的真空间隙，所造成的薄涂层和外部厚铜护套之间的金属夹紧，也进行了详细的研究。通过优化，超过99%的RF功率耦合到DLA结构中，最大电磁场位于DLA结构处。对全装配结构的几何参数和机械设计进行了公差研究，为实际制造提供了参考。
2020-08-20 physics.acc-ph
Dielectric Loaded Waveguide Terahertz LINACs
本文针对圆柱形介质加载波导太赫兹直线加速器，综合初始电子能量、脉冲能量与宽度及结构尺寸等因素，提出解析/数值优化指南和设计图，以最大化电子最终动能。
2024-12-04 physics.acc-ph
Simulation analysis of rectangular dielectric-loaded traveling wave amplifiers for THz-sources
给出了220 GHz矩形介质加载行波放大器的非线性仿真结果。模拟被用来检查的线性理论，是由一个有效的介电参数的电子束通道的唯象引入开发，它被发现，从皮尔斯三波理论和粒子模拟的RF功率增益是在合理的协议。结果表明，在初始束波相互作用的RF功率增益是积极的，下降的初始RF功率分布，这被认为是RF功率转移到束聚束建设（负增益效应），可能是由于数值误差。通过研究光束聚束中心的演化，分析了注波互作用机制。研究了各种参数对放大器性能的影响，分析了横向空间电荷效应。提出了一种用于射频耦合器的对称激励方案，并从理论上解释了在射频模拟中发现的真空、介质和金属壁共交线上的射频场跳跃现象。
2010-12-30 physics.acc-ph
Three-Dimensional Analysis of Wakefields Generated by Flat Electron Beams in Planar Dielectric-Loaded Structures
穿过电介质内衬波导的电子聚束产生$\check{C}$ erenkov辐射，该辐射可导致适于加速后续聚束的高峰值轴向电场。在亚毫米尺寸的结构中，取决于合适的电子聚束参数的实现，可以获得超过千兆伏每米的轴向场。一个有前途的配置包括使用平面电介质结构驱动的平面电子聚束。本文对平面介质结构中平板电子束产生的尾流场进行了三维分析，从而推广了文献[A]的工作。Tremaine，J. Rosenzweig，and P. Schoessow，Phys. Rev. E 56，No. 6，7204（1997）]。我们特别提供了封闭形式的表达式的正常频率和场振幅的激发模式和基准这些分析结果与有限差分时域粒子在细胞的数值模拟。最后，我们实现了一个半解析算法到一个流行的粒子跟踪程序，从而使开始到结束的高保真度建模的直线加速器的基础上介质内衬平面波导。
2012-04-30 physics.acc-ph
Radiation of a point charge uniformly moving along the axis of the circular disc-loaded waveguide
分析了在圆片加载波导轴上作匀速运动的点电荷所激发的电磁场的空间电荷分布。数值计算了每个结构周期的能量损失。随着电荷能量的增加，波导模式的主要特征达到某些有限值，并且因此限定极限辐射谱。观察到模式振幅的饱和（属于极限谱的下半部分）。讨论了利用平移对称性的分析方法和计算结果，并指出了应注意的问题。
2013-03-09 math-ph math.MP physics.acc-ph
Electron-Terahertz Interaction in Dielectric-Lined Waveguide Structures for Electron Manipulation
太赫兹驱动的介质内衬波导（DLW）在电子操纵中有用途;特别是偏转，加速和聚焦。一个矩形DLW已被优化为100 keV的电子使用太赫兹脉冲的偏转与中心频率0.5太赫兹。电子太赫兹相互作用和电子束注入的最大偏转定时的效果。比较了DLW和波纹波导的优缺点。
2018-02-02 physics.acc-ph
Radiation of a Charge Exiting Open-Ended Waveguide with Dielectric Filling
本文研究了在大半径共线无限长真空波导中，放置一个均匀介质填充的半无限长开口圆柱波导。研究了点电荷或高斯束团沿结构轴向从介质波导进入真空波导时产生的电磁场。我们利用修正的残值法，通过确定结构各分区的模态激励系数，得到了问题的严格解析解。在CST粒子工作室的数值模拟也进行了分析和模拟结果之间的良好协议。重点分析了介质波导内部产生的切伦科夫辐射和穿透到外波导真空区的切伦科夫辐射。所讨论的结构可以用于产生太赫兹辐射的调制聚束（聚束列）通过高阶切伦科夫模式。在这种情况下，数值模拟变得困难，而发达的分析技术允许有效的计算的辐射特性。
2018-07-20 physics.acc-ph
Wake fields in a rectangular dielectric-lined accelerating structure with transversal isotropic loading
介质波导作为一种可被电子束激励的加速结构正受到广泛的研究。矩形电介质结构用于新的加速方案的原理实验证明和用于研究结构加载材料的电子特性。本文分析了强流相对论电子束团通过横向各向同性介质加载矩形波导时产生的切伦科夫辐射。用于加速结构波导加载的一些材料（蓝宝石、陶瓷膜）具有显着的各向异性特性。反过来，它可以影响由电子束产生的尾场的激发参数。本文用Helmholtz方程横算符的正交本征模分解方法，导出了相对论电子束在矩形介质波导中传播所产生的场的一般解。本文给出了横向各向同性介质加载矩形波导中LSM模和LSE模叠加的切连科夫场和库仑场的解析表达式。纵向和横向（偏转）尾流场的数值模拟也已进行。结果表明，介电各向异性引起的频率偏移与各向同性介质加载的介质内衬波导相比。
2017-03-11 physics.acc-ph
Ballistic Bunching of Photo-Injected Electron Bunches with Dielectric-Lined Waveguide
我们描述了一种简单的技术，被动聚束非超相对论（$\lesssim 10$ ~MeV）电子聚束在传统的光注入器。该方案采用位于电子源下游的介质内衬波导施加能量调制的皮秒聚束。然后，通过弹道聚束将能量调制转换为密度调制。所示的方法，以支持产生亚皮秒束训练与多kA的峰值电流。这种相对简单的技术有望在紧凑的、基于加速器的光源和先进的光束驱动加速器方法中得到应用。
2014-07-03 physics.acc-ph
Longitudinal phase space synthesis with tailored 3D-printable dielectric-lined waveguides
纵向相空间操纵是X射线自由电子激光加速概念、辐射源和性能改善的关键和必要组成部分。在这里，我们提出了一个简单而通用的方法，半任意形状的纵向相空间的带电聚束通过使用尾场产生的定制的介质内衬波导。我们应用模拟的概念，并提供辐射产生和聚束压缩的例子。最后，我们讨论了现代3D打印机的制造能力，并研究了打印限制以及输入LPS的形状如何影响设备的性能。
2020-09-25 physics.acc-ph
Diffraction at the Open End of Dielectric-Lined Circular Waveguide
本文提出了一种求解正则圆形开口衬介质波导衍射问题的严格方法。这是我们最近的论文[1]的继续，其中考虑了均匀介质填充的更简单的情况。在这里，我们处理的情况下，一个开放的圆形波导分层介质填充，这是更接近潜在的应用。该方法通过求解相应的Wiener-Hopf-Fock方程，导出了波导反射系数（S参数）的无限线性方程组，并利用降阶技术有效地数值求解。作为直接适用于基于电介质内衬毛细管的束驱动辐射源的具体示例，考虑了在所述波导的开口端处的慢TM对称模式的衍射。一系列这样的模式形成尾流场（切伦科夫辐射场）产生的带电粒子束在其通过沿真空通道轴。计算的S-参数进行了比较，从COMSOL模拟和一个很好的协议。在现代束驱动太赫兹发射器、太赫兹加速器和基于太赫兹的聚束操纵和聚束诊断系统的背景下，该方法预计将非常方便地分析研究太赫兹（THz）波（自由波和引导波）和具有慢波结构的带电粒子聚束的各种电磁相互作用。
2021-04-26 physics.acc-ph
Simulations of an energy dechirper based on dielectric lined waveguides
超短相对论电子束团通过介质波导结构可以激发太赫兹波尾场。这些尾流场既可以加速高梯度的见证聚束，也可以调制驱动聚束的能量。本文研究了一种基于DLW的被动去斜器，用于补偿激光等离子体尾场加速器（LWFA）加速的聚束团的相关能量扩展。采用矩形波导结构，利用其在操作期间连续可调的间隙。假设200 MeV的驱动聚束具有高斯分布，聚束长度为3.0 μm，相对相关能量扩展为1%，总电荷为10 pC。利用CST Wakefield Solver和PIC Solver对该去斜器进行了仿真和优化。从能量调制和横向相空间的角度分析了含时自尾流对驱动聚束的影响。
2017-11-20 physics.acc-ph
THz deflector using dielectric-lined waveguide for ultra-short bunch measurement in GeV scale
提出了一种利用介质内衬圆波导（DLW）结构测量GeV量级超短电子束聚束长度的太赫兹射频偏转器。我们展示了偏转器的设计和可能的分辨率在阿秒尺度与一个合理的输入脉冲能量太赫兹。本文采用基于本征模计算的解析模型，研究了DLW中短程尾场效应的时间分辨率，并给出了随束流尺寸、束团长度变化的标度律。实验结果表明，在尾场效应可以忽略的情况下，脉冲能量为几个${\rm mJ}$量级时，偏转器的理想分辨率可以达到${\cal O}(100)~[{\rm as}]$量级。给出了真空空穴半径为$0.5,\ 0.4,\ 0.3~[{\rm mm}]$、介电常数为$3.75$、工作频率为$0.2,\ 0.4,\ 0.6~[{\rm THz}]$的结构的计算实例。
2020-05-06 physics.acc-ph
A novel accelerating structure based on a tapered parallel-plate waveguide with an integrated dielectric terahertz-driven accelerator
本文提出了一种集成了双柱格栅结构的新型介质太赫兹驱动加速器（DTA），利用渐缩平行板波导（TPPWG）实现高效粒子加速，通过时间域模拟优化波导参数，实现了六倍的峰值电场增强，适用于相对论电子束的最大加速，并通过PIC模拟展示了高达120 MeV/m的加速梯度和10 pC的束流承载能力。
2026-05-19 physics.acc-ph
Acceleration and focusing of positron bunch in a dielectric waveguide accelerator with homogeneous plasma in transport channel
本文给出了等离子体介质尾场加速器中正电子束团聚焦的数值PIC模拟结果。尾场由驱动电子聚束在石英介质管中激发，并嵌入圆柱形金属波导中。介质管的内部区域已经填充有径向均匀的等离子体，在一般情况下具有沿波导轴的真空通道。数值模拟结果表明，在尾流场中，正电子束团的加速和聚焦是可能的。研究了正电子束团的输运和加速与真空通道尺寸和波导长度的关系。
2021-12-11 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Spectrally shaped THz pulses from tapered dielectric waveguides
本文针对欧洲XFEL对与X射线重复频率匹配的太赫兹泵浦源需求，在STERN项目中设计锥形切伦科夫波导，通过渐变尾场结构层厚或内半径实现任意光谱整形，产生高达1 THz的平顶或高斯脉冲。
2024-10-23 physics.acc-ph
Passive Ballistic Microbunching of Non-Ultrarelativistic Electron Bunches using Electromagnetic Wakefields in Dielectric-Lined Waveguides
时间调制电子束具有广泛的应用，从相干增强电磁辐射的产生到先进加速器概念中的电磁尾场的共振激发。同样，产生低能超短微聚束可能对超快电子衍射和基于加速器的新光源概念有用。在这封信中，我们提出并实验证明了一个被动的微聚束技术能够形成一个皮秒聚束训练在$\sim 6$ ~MeV。该方法依赖于电磁尾场的激发，因为光束通过介质内衬波导传播。由于光束的非超相对论性质，当光束在随后的自由空间漂移中行进时，诱导的能量调制最终转化为密度调制。调制束被进一步加速到$\sim20$ ~MeV，同时保持所赋予的密度调制。
2018-06-25 physics.acc-ph
Characteristic transition of the dominant power loss from diffractive to ohmic in overmoded and periodically loaded waveguides at high frequency
本文分析高度过模THz周期环加载波导的散射矢量场，观测到主导功率损耗由衍射损耗转变为欧姆损耗的特征点，沟通了单模与过模两种传统理论描述。
2025-06-11 physics.acc-ph physics.app-ph
Theory of wakefields excited by an off-axis drive bunch in a plasma-dielectric waveguide
建立了离轴束团注入情况下驱动电子束团在等离子体介质加速结构中激发尾场的线性理论。所研究的结构是一个圆形的介质加载金属波导与带电粒子的通道，充满均匀的冷等离子体。导出的理论被用来调查数值聚束激发尾场分量的空间分布，它的作用在驱动和见证聚束。
2021-12-20 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Bunch-excited wakefield in dielectric waveguide with hollow plasma channel
本文研究介质加载圆柱波导中空心等离子体通道内相对论电子束团激发的尾场，推导线性机制下纵横向尾场解析解并进行模式与频谱分析，PIC模拟验证了准线性机制下解析与数值结果的定性一致。
2023-11-29 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Wake excitation of volume and surface polaritons by a relativistic electron bunch in an ion dielectric
研究了离子介质中相对论电子束团激发尾流场的过程。研究了离子介质波导中激发尾波场的时空结构。结果表明，在太赫兹波段的尾流场由纵向极化激元场和切连科夫辐射场组成，切连科夫辐射是介质波导的一组电磁本征波（横向极化激元）。在具有轴向真空通道的介质波导中出现了一个表面极化激元分支。还考虑了相对论电子束团对表面极化激元的尾场激发过程。
2020-12-16 cond-mat.mtrl-sci physics.acc-ph
Focusing of Drive and Test Bunches in a Dielectric Waveguide Filled with Inhomogeneous Plasma
本文给出了径向不均匀等离子体填充介质波导中加速和驱动聚束动力学的数值PIC模拟结果。尾流场由石英（介电常数3.75）介质管中的电子聚束激发，该介质管的外径和内径分别为1.2 mm和1.0 mm，其嵌套到圆柱形金属波导中。驱动聚束特性被选择为：电子能量为5GeV，电荷为3 nC，聚束长度为0.2mm，聚束直径为0.9mm。加速的束团具有相同的参数，除了电荷，其等于0.3 nC。波导的内部填充有具有不同横向密度分布的等离子体，即，在毛细管放电中形成的密度分布，以及真空通道沿波导轴的径向不均匀密度分布。对于所研究的所有情况下的等离子体密度低，使得等离子体频率低于基本介电模式频率。PIC模拟结果表明，非均匀等离子体柱中的真空通道改善了加速聚束聚焦。存在最佳真空通道尺寸值，在该值处聚焦最强。与漂移通道的完全等离子体填充相比，加速聚束聚焦的改善伴随着加速梯度的降低。最好的加速发生在没有等离子体的情况下;然而，在这种情况下，测试聚束聚焦不会发生。
2019-12-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Cherenkov Wakefield Radiation from an Open End of a Three-Layer Dielectric Capillary
束驱动辐射源的现代趋势涉及切伦科夫尾流场与具有复杂电介质衬里的开口圆形波导结构的相互作用，最近提供的用于减小辐射发散的三层电介质毛细管是代表性示例\cite{Jiang2020}。本文提出了严格的方法，允许解析描述所描述的结构时发生的电磁过程中所描述的单波导模式激励。换句话说，相应的正则波导衍射问题被认为是严格的制定。这是我们最近的论文\cite{GV2022}的延续，其中一个简单的情况下，两层介质填充已被认为是。在这里，我们使用相同的分析方法的基础上维纳-霍普夫-福克技术和处理更复杂的情况下，三层介质衬里。
2022-05-09 physics.acc-ph physics.optics
Cherenkov loss factor of short relativistic bunches:general approach
相对论性带电短束团与波导及加速器系统其它部件的相互作用是X射线自由电子激光（自由电子激光）和直线对撞机项目发展的关键问题。短聚束的尾场切伦科夫损耗以前已经研究过电阻壁，盘加载，波纹和介质加载波导。在各种出版物[1]中注意到，如果减速层很薄，则短聚束的切伦科夫损耗因子不取决于引导系统材料，并且对于波导的任何给定横向截面尺寸都是常数。在本文中，我们考虑一种新的方法来分析的相对论短束团的损耗因子，并制定一个一般的积分关系，允许计算的损耗因子为一个短的相对论束通过任意的波导系统。通过这种新方法计算的损耗因子的各种类型的波导与任意厚度的减速层，包括无限介质，被证明是等效的，通过传统的方法得到的。
2014-06-18 physics.acc-ph physics.class-ph
Wakefield excitation by a short laser pulse in ion dielectrics
本文研究了离子阱中激光脉冲激发切伦科夫电磁辐射的过程。本文测定了各向同性离子介质中的非线性电极化的强度，并由此测定了由激光脉冲的有质动力引起的极化电荷和极化电流。在红外和微波频率范围内的激发尾波场的频谱。研究了离子介质波导尾波场的时空结构。结果表明，激发场由一个极化电场和一组离子介质波导本征电磁波组成。
2020-02-21 physics.acc-ph physics.optics
Cherenkov radiation and emission of surface polaritons from charges moving paraxially outside a dielectric cylindrical waveguide
本文研究了带电粒子在平行于圆柱轴线的介质柱外运动时产生的辐射。假设圆柱体浸入均匀介质中。给出了矢势、电场和磁场的表达式。研究了三种辐射的谱分布：（i）外部介质中的切伦科夫辐射（CR），（ii）介质柱导模上的辐射，和（iii）表面极化激元的发射。与前两种辐射不同，表面极化激元的产生没有速度阈值。相应的辐射存在于光谱范围内，其中圆柱体和周围介质的介电常数具有相反的符号。发射的表面极化激元的光谱范围随着粒子能量的减小而变窄。的一般结果示出了一个特殊的情况下的Drude模型的圆柱体的介电常数的色散。我们表明，圆柱体的存在下，可能会导致出现强窄峰的光谱分布中的CR在外部介质。指定了这些峰出现的条件，并分析估计了相应的高度和宽度。讨论了粒子在聚束中的集体效应。
2020-12-22 cond-mat.other physics.acc-ph physics.class-ph
