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回旋振荡管作为一种高功率微波源,能在毫米波及亚毫米波波段输出高功率电磁能量,在受控热核聚变的等离子体加热、定向能武器、先进材料处理等领域有着广泛的应用。准光模式变换器是高功率回旋振荡管中的关键部件之一,能够输出可实现回旋振荡管高输出功率和适用于远距离传输的高斯波束,有利于提高回旋振荡管的工作稳定性和整管效率。国外各研究机构已经针对准光模式变换器镜面系统从基础理论、仿真计算和工程实验等方面展开了大量系统深入的研究,国内在该领域的研究工作尚处于起步阶段。在此背景下,本文在广泛调研的基础上,对准光模式变换器镜面系统进行了系统深入的理论研究、结构设计和数值模拟。论文的主要工作如下:1.对Vlasov型准光模式变换器镜面系统进行了详细的理论分析。采用几何光学分析法,给出了Vlasov阶梯切口型准光模式变换器镜面系统的理论计算模型,详细讨论了标准曲面反射镜的设计方法。编写仿真程序并利用该程序设计了95GHz,TE03模回旋振荡管中的双反射镜准光模式变换器,模拟结果显示输出波束高斯含量高达98%,镜面系统功率传输效率大于97%,模式转换效率达到84.86%。2.根据140 GHz,TE28,8模回旋振荡管的研制需求,编写仿真程序,采用文献中给出的参数和实验结果对仿真程序进行了可靠性验证。同时研究了相位校正镜面系统的相位校正原理和镜面设计方法,并基于误差控制K-S算法编写了准光模式变换器相位校正镜面的程序。仿真结果表明,输出波束中矢量基模高斯纯度由90.2%提高到92.9%,输出波束质量得到明显改善。3.利用所开发仿真程序,采用新的辐射器扰动结构设计了TE28,8模Denisov型准光模式变换器不规则四级镜面系统和三级镜面系统,并对辐射器和镜面系统进行了数值模拟,详细分析了TE28,8模式到基模高斯的模式变换过程,对准光模式变换器镜面系统输出的高斯波束质量进行了定量分析。结果表明,准光模式变换器镜面系统的功率损耗小于2%,输出波束的矢量基模高斯纯度为95%,标量基模高斯纯度达到98%,模式转换效率高于90%。