[发明专利]一种双频极化光栅的设计方法

说明书

本发明涉及微波技术领域，具体公开了一种双频极化光栅的设计方法。该方法包括：1、根据加工的难度，以及A频率和B频率的极化光栅的周期可取值范围，合理选择光栅槽纹周期；2、通过扫描槽纹光栅深度寻找满足旋转角和椭圆率的相位差，从而确定A频率和B频率的线极化光栅和椭圆极化光栅的槽纹深度；3、A频率线极化光栅和B频率椭圆极化光栅的深度参数接近并共用一个极化光栅；A频率椭圆极化光栅和B频率线极化光栅的深度参数接近并共用另一个极化光栅，通过对上述两个极化光栅的深度参数优化即可获得满足A频率和B频率的双频极化光栅。该方法解决了两种频率微波进行任意极化的技术难题，保证双频回旋电子回旋系统能够快捷、高效的运行。

技术领域

本发明属于微波技术领域，具体涉及一种双频极化光栅的设计方法。

背景技术

在核聚变研究中，为了将等离子体加热到聚变反应所需的温度，通常需要采用多种加热手段，电子回旋共振加热是一种重要的等离子体加热手段。电子回旋波加热等离子体主要是微波与等离子体发生耦合，将微波能量传输给等离子体，从而加热等离子体。

电子回旋波和等离子体耦合效率与环向磁场、等离子体密度、微波入射角度和微波的极化特性有关。为了保证在实验中波与等离子体能够高效耦合，需要微波在传输到等离子体之前将微波的极化特性调整到理想的状态。通常在电子回旋加热系统中使用一个线极化光栅和一个椭圆极化光栅相结合来调节微波的极化特性。该双极化光栅通常要求能够对微波进行任意极化。

多频回旋管运行有利于提高电子回旋共振加热系统的灵活性，能够满足不同物理实验的需求，因此不少电子回旋系统都采用了双频回旋管。双频回旋管在运行过程中，为了能够保证波与等离子体能够高效的耦合，通常是针对该双频设计两组极化光栅来实现对微波的任意极化，但是两组极化光栅在微波频率进行切换的过程中，就需要更换相应频率的极化光栅，这个过程比较麻烦，因此需要一组双频极化光栅来满足在两种频率之间进行切换的时候不需要更换极化光栅。上述双频极化光栅需要满足能够对两种频率的微波都实现任意极化的技术要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双频极化光栅的设计方法，能够满对对两种频率的微波都实现任意的极化。

本发明的技术方案如下：一种双频极化光栅的设计方法，该方法具体包括如下步骤：

步骤1、根据加工的难度，以及A频率和B频率的极化光栅的周期可取值范围，合理选择光栅槽纹周期；

步骤2、通过扫描槽纹光栅深度寻找满足旋转角和椭圆率的相位差，从而确定A频率和B频率的线极化光栅和椭圆极化光栅的槽纹深度；

步骤3、A频率线极化光栅和B频率椭圆极化光栅的深度参数接近并共用一个极化光栅；A频率椭圆极化光栅和B频率线极化光栅的深度参数接近并共用另一个极化光栅，通过对上述两个极化光栅的深度参数优化即可获得满足A频率和B频率的双频极化光栅。

所述的步骤1具体包括：

光栅槽纹为正弦函数，其主要由周期p和深度d所确定，其中周期p要求小于λ/(1+sinθcosФ)，其中，λ为入射波的波长，θ为入射波的入射角度，Ф是极化光栅的旋转角度；

根据加工的难度，以及综合A频率和B频率的极化光栅的周期可取值范围，合理选择光栅槽纹p；

槽纹的周期几乎不影响极化光栅的极化特性，选择较大的槽纹周期p，A频率和B频率的极化光栅的槽纹周期可设定为同一个值。

所述的步骤2具体包括：

线极化光栅要求旋转角α的取值为-90°≤α≤90°，而椭圆角β尽可能的小；对于椭圆极化光栅，要求椭圆角β的取值为-45°≤β≤45°；根据旋转角和椭圆率与相位差的关系，

tan2α＝tan2γcosδ

sin2β＝sin2γsinδ