| 单词 | 毫米波、亚毫米波准光学 |
| 释义 | 【毫米波、亚毫米波准光学】 拼译：millimeter wave and submillimeter wave quasi-optics 准光学介于几何光学和波动光学之间。研究毫米波和亚毫米波的传播、折射和反射等几何光学过程时，必须同时考虑到波动的固有特性，即波的绕射现象。采用“类似”光学的原理、方法和结构来解决毫米波、亚毫米波技术中电动力学系统所遇到的困难，提出了适合于从微波向光波过渡的毫米波、亚毫米波段的特征结构，即开放型结构——准光开放腔(准光腔)、开放波导和绕射光栅。既克服了按微波缩尺模拟法设计而造成的工作空间尺寸过小、Q值低和本征谱密集的困难，又能避免因按光学原理设计而造成的工作空间尺寸过大的缺点。为了使高频电磁振荡或电磁波约束在开放结构的局部空间中，可用下列3类物理现象来实现：(1)利用边界或类似的不均匀性来约束；(2)形成焦散面(Caustic Surface)来约束；(3)利用不同介质间的分界面或复杂的分层结构约束。而准光腔能使高频电磁振荡限制在给定空间；用开放波导可以形成局域性的表面导波或容积导波；而绕射光栅则可将容积波变换成表面波或作相反变换。自20世纪70年代以来已研制出一系列毫米波、亚毫米波准光元、器件与系统，已广泛用于毫米波、亚毫米波真空电子学和固态电子学、特种天线、波谱仪、干涉仪、偏振仪、材料(介质、半导体和铁氧体等)检测、等离子体诊断、探伤、射电天文和通信等领域。 19世纪60年代初，前苏联卡皮查(п．π．каиuца)首先将原来用于激光器的开放腔(Open Resonant Cavity)推广应用到毫米波段，展开了“毫米波开放腔及其在毫米波电子学中的应用研究”，用“开放腔”代替“封闭腔”，并用新的物理机制解决“活性媒质”对“开放腔”的耦合激励问题。毫米波段的开放腔与光波开放腔的区别在于，前者的工作空间尺寸只是大于波长，而后者则远远大于波长；前者中的波是准平面波，而后者则是平面波，故前者称为“准光开放腔”(准光腔)，后者则称为“光学开放腔”(光腔)。准光腔从60年代开始已成功地应用于真空电子学，分别用直线电子束、曲线电子束和相对论电子束进行激励。至今已研制成O型及M型奥罗管(Orotron)、绕射辐射振荡器及其变态结构、绕射辐射放大器与级联放大器、利达管(Ledatron)、Orotron自由电子激光、相对论奥罗管、准光腔回旋管(Gyrotron)、准光腔自由电子激光等一系列准光电真空器件。中国科学院电子所、电子科技大学高能所、北京大学、机电部十二所等单位也在毫米波准光振荡器方面开展了一系列研究工作。前苏联魏因施泰恩(л．A．Bайнштeйн)在贝科夫(B．П．Бикoв)等人的实验研究的推动下，从1962年到1966年对开放腔和开放波导作了系统的理论研究，撰写了专著《开放腔与开放波导》(1966年出版，有中译本)，该书奠定了开放腔和开放波导的理论基础，至今仍广为国际微波和激光学术界所引用。1966年6月在美国纽约召开了第1届国际准光学会议，由美、英、法、德、意大利、荷兰等国著名学者参加，共发表22篇论文，分为4个专题：(1)波的绕射、传播和辐射；(2)开放腔和波束波导；(3)准光波导元件；(4)准光部件的应用。对当时除前苏联以外的准光学成就进行了一次检阅。从新学科的形成和发展来看，乌克兰科学院无线电物理与电子学研究所在舍斯托帕洛夫(B．П．шecтоnаAoв)领导下所进行的开拓性研究工作是很有特色的。他们对准光腔、开放波导、绕射光栅、绕射辐射效应、绕射辐射振荡器、放大器、变态结构(短焦距型、多次渡越型、多电子束型，多反射镜型)都作了大量深入系统的研究，所提出的理论，所进行的设计、研制和应用，都为毫米波、亚毫米波准光学奠定了坚实的数理基础和精湛的实验技术，从而形成了新的学科分支。他们发表了一系列论文和专著有：《波在光栅上的绕射》(1973)、《绕射电子学》(1976)、《现代绕射理论中的累加方程》(1983)、《毫米波与亚毫米波技术的物理基础》(1985)、《波的谐振散射》(1986)、《开放结构的谱理论和激励》(1987)、《毫米波与亚毫米波电子学》(1988)。另外，瓦因什泰恩的《绕射理论和因子化方法》(1966)和尼伏约多夫(E．И．HeфeДoв)的《开放式同轴谐振结构》(1982)等专著都对准光学有很大贡献。自70年代末开始，准光腔成功地推广应用到半导体固态电子学领域，分别用单只或多只耿氏二极管、崩越二极管、半导体薄膜以及多源元件阵列进行“匹配”耦合激励，实现多种结构的准光固态振荡器、功率合成器、倍频器和变频器。(1)多振荡器准光功率合成：1983年温定格尔(L．Wandinger)等首先进行了准光功率合成的研究，1986年明克(J．M．Mink)研制成毫米准光功率合成器，1987年中国电子科技大学研制成36GHz、二管和四管准光功率合成振荡器，1989年东南大学研究了复合式准光功率合成法，1989年前苏联布加科夫(Б．M．Бyдrаков)采用栅格方法进行准光功率合成；(2)阵列式准光功率合成：1988年日本东京大学K．Mizuno等提出了多元阵列式(栅格)准光功率合成法，合成腔用一个带栅格的平面反射面和一个球冠反射面构成的Fabry-Perot腔，器件安装在栅格平面反射面上。普扑维克(Z．B．Popovic)等从1988年开始研制了一系列集成栅格式准光功率合成器，其特点是合成器件多，便于集成化；(3)微带天线式准光功率合成：1987年杨(S．Young)等用两个微带振荡器，通过模耦合至微带天线输出到准光腔中合成。1988年夫劳(P．G．Frayne)等提出阵列式微带天线式准光功率合成法，将多个有源天线通过槽耦合到准光腔进行功率合成。1991年约克(R．A．York)等用二维有源微带天线阵列进行准光功率合成，采用二维弱耦合振荡器陈列来限制耦合强度，减少多频模的产生，可获得较好的锁定特性，便于集成化。1990年赫伍(R．J．Hwu)等研制了准光栅倍频器，用非线性电容(BIN二极管)对栅加载，得到100GHz的三倍频器。1991年上海科技大学研制成150GHz准光腔稳频谐波振荡器。1972年到80年代英国伦敦大学和英国国家物理实验室开展了用准光法测量电介质的系列研究。马斯卡列夫(и．н．москаAeв)和奥吉方诺夫斯基(A．M．Отeфановcкиŭ)在专著《等离子体诊断》(Диагноcтика пΛазми)一书中详细论述了用开放圆柱或圆桶腔作为等离子体的微波诊断。1988年上海科技大学展开了用准光腔检测高Tc超导体的系列研究工作。该学科的研究热点是；(1)准光滤波器和双工器；(2)准光有源器件；(3)空间功率合成；(4)准光振荡器、倍频器和放大器；(5)准光成象和相位阵列；(6)准光开放波导集成电路；(7)准光开放结构作为传感器的应用。【参考文献】：1 Proc of the Symposium on Quasi-oprics,New York, 19642 BafiHiiiTeHH IT A. OTKPHTH? Pe30HaTopH \\\\ OrKpHTHe BOAHOBOAH, 19663 李英．HTC超导材料的准失测量方法．1989年中国电子学会学术讨论会论文4 Eric L. Hol?man, Ralston S. Robertson, Solid - state Microwave Power Oscillator Design,ARTECH House, 19925 Li Ying. W - Band 2nd Harmonic Inp TED Oscillator Sta-biliyed by Quasi -optical Cavity Resonator,22nd European Microwave Conference, 1992,658～661(上海科学技术大学李英教授撰) |
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