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微波物理

114-2 開課
  • 流水號

    15555

  • 課號

    Phys8109

  • 課程識別碼

    222 D3290

  • 無分班

  • 3 學分
  • 選修

    物理學研究所

      選修
    • 物理學研究所

  • 朱國瑞
    • 搜尋教師開設的課程
    • 理學院 物理學系

    • krchu@phys.ntu.edu.tw

    • 新物理館710室
    • 3366-5113

    • 學歷: 1972 Ph.D., Department of Applied Physics, Cornell University 1968 M. S., Department of Physics, University of Massachusetts 1965 B. S., 國立台灣大學物理系 經歷: 1973-1977: Research Scientist, Science Applications International Corporation, Virginia, U.S.A. 1977-1983: Supervisory Research Physicist, U.S. Naval Research Laboratory, Washington, D.C. 1983-2010: 清華大學物理系教授/特聘講座 2010-present: 台灣大學物理系特聘研究講座 榮譽: 1.「國科會五十科學成就」 (2009). 2. 臺灣大學「傑出校友」(2007). 3. 斐陶斐榮譽學會「傑出成就獎」(2006). 4. 行政院「傑出科技榮譽獎」(2004). 5.「總統科學獎」 (2003). 6. 中央研究院院士 (2002). 7. 教育部「理科學術獎」(2002). 8. 教育部「國家講座」(1997). 9. 國科會「傑出研究獎」(1986-1995). 10. 中華民國物理學會「會士」(1994年). 11. Plasma Science and Application Award, IEEE Nuclear and Plasma Sciences Society (2001). 12. K J Button Medal and Prize, British Institute of Physics (2001). 13. Fellow, IEEE (1997). 14. Fellow, American Physical Society (1983). 專長:離子體物理;電磁輻射機制。 研究重點:電子迴旋脈射(Electron Cyclotron Maser (ECM)。 ECM係靜磁場中迴旋的電子,基於相對論效應所產生的受激輻射(stimulated emission)現象。ECM輻射將電磁波的頻段及功率推進到前所未有的新境界,在電磁波頻譜的毫米及次毫米波段,佔有獨特的地位。ECM輻射於核融合加熱、先進雷達、粒子加速、太空探測、材料處理、物性偵測及頻譜學等應用,發揮了高度的實用價值,同時輻射機制本身也具有高度的研究價值,為應用物理學門帶來了許多新的研究題材。 主要工作: (1)以相對論動力方程式,深入探討電子迴旋脈射到中的數學及物理問題,發現迴旋不穩定模式中,快、慢波之間的競爭關係,澄清了一個長久以來懸而未決的迴旋波激發機制問題。 (2)發展非線性迴旋速調放大理論,完成一個功率超越state-of-the-art百倍的30 MW、10 GHz迴旋速調放大器設計,作為下一代加速器的RF source,於馬利蘭大學獲得實驗印證。 (3)發明並研究成功Ka頻段迴旋行波放大器,於頻寬、功率、增益及效率四個指標上,均超越屹立三十餘年的國際記錄,提供了開發新一代遠距離,高解析度雷達系統的關鍵技術,已應用於美國太空站雷達性能的提昇。 (4)配合國家大型計畫,將研究成果付諸實用,研製成功同步加速器的高頻系統及高功率毫米波發射器,啟動國內的微波管工業,大幅提升國防雷達系統的自主能力。 Selected Publications: 1. K. R. Chu and J. L. Hirshfield, "Comparative Study of the Azimuthal and Axial Bunching Mechanisms in Electromagnetic Cyclotron Instabilities," Phys. of Fluids 21, 461 (1978). 2. K. R. Chu, "Theory of Electron Cyclotron Maser Interaction in a Cavity at the Harmonic Frequencies," Phys. of Fluids 21, 2354 (1978). 3. K. R. Chu, V. L. Granatstein, P. E. Latham, W. Lawson, and C. D. Striffier, "A 30 MW Gyroklystron Amplifier Design for High Energy Linear Accelerators," IEEE Trans. Plasma Sci. PS-13, 424 (1985). 4. K. R. Chu and A. T. Lin, "Gain and Bandwidth of the Gyro-TWT and CARM Amplifier," IEEE Trans. Plasma Sci. PS-16, 90 (1988). 5. L. R. Barnett, L. H. Chang, H. Y. Chen, K. R. Chu, W. K. Lau and C. C. Tu, "Absolute Instability Competition and Suppression in a Millimeter-Wave Gyrotron Traveling-Wave Amplifier," Phys. Rev. Lett. 63, 1062 (1989). 6. C. S. Kou, S. H. Chen, L. R. Barnett, H. Y. Chen, and K. R. Chu, "Experiments Study of an Injection Locked Gyrotron Backward Wave Oscillator," Phys. Rev. Lett. 70, 924 (1993). 7. K. R. Chu, L. R. Barnett, H. Y. Chen, S. H. Chen, Ch. Wang, Y. S. Yeh, Y. C. Tsai, T. T. Yang, and T. Y. Dawn, "Stabilization of Absolute Instabilities in the Gyrotron Travelling Wave Amplifier," Phys. Rev. Lett. 74, 1103 (1995). 8. K. R. Chu, H. Guo, and V. L. Granatstein, “Theory of the Harmonic Multiplying Gyrotron Traveling Wave Amplifier,” Phys. Rev. Lett. 78, 4661 (1997). 9. K. R. Chu, H. Y. Chen, C. L. Hung, T. H. Chang, L. R. Barnett, S. H. Chen, and T. T. Yang, “An Ultra High Gain Gyrotron Traveling Wave Amplifier,” Phys. Rev. Lett. 81, 4760 (1998). 10. K. R. Chu, H. Y. Chen, C. L. Hung, T. H. Chang, L. R. Barnett, S. H. Chen, T. T. Yang, and D. Dialetis, “Theory and Experiment of Ultrahigh Gain Gyrotron Traveling Wave Amplifier,” invited paper, IEEE Trans. Plasma. Sci. 27, 391 (1999). 11. S. H. Chen, K. R. Chu, and T. H. Chang, "Saturated Behavior of Gyrotron Backward-Wave Oscillator", Phys. Rev. Lett. 85, 2633 (2000). 12. T. H. Chang, S. H. Chen, L. R. Barnett, and K. R. Chu, "Characterization of Stationary and Non-stationary Behavior of Gyrotron Backward Wave Oscillator," Phys. Rev. Lett. 87, 064802 (2001). 13. K. R. Chu, "Overview of Research on the Gyrotron Traveling-Wave Amplifier," IEEE Trans. Plasma Sci. 30, 903 (2002). 14. S. H. Chen, T. H. Chang, K. F. Pao, C. T. Fan, and K. R. Chu, "Linear and Time-Dependent Behavior of the Gyrotron Backward-Wave Oscillator," Phys. Rev. Lett. 89, 268303 (2002). 15. K. R. Chu, “The Electron Cyclotron Maser,” invited review, Rev. Modern Phys. 76, 489 (2004). 16. W. C. Tsai, T. H. Chang, N. C. Chen, K. R. Chu, H. H. Song, and N. C. Luhmann, Jr., “Absolute instabilities in a high-order-mode gyrotron traveling-wave amplifier,” Phys. Rev. E 70, 056402 (2004). 17. K. F. Pao, T. H. Chang, C. T. Fan, S. H. Chen, C. F. Yu, and K. R. Chu, “Dynamics of Mode Competition in the Gyrotron Backward-Wave Oscillator,” Phys. Rev. Lett. 95, 185101 (2005). 18. K. F. Pao, T. H. Chang, C. T. Fan, C. F. Yu, and K. R. Chu, “Rise and Fall Time Behavior of the Gyrotron Backward-wave Oscillator,” Phys. Rev. E 74, 046405 (2006). 19. T. H. Chang, C. T. Fan, K. F. Pao, S. H. Chen, and K. R. Chu, “Stability and Tunability of the Gyrotron Backward-Wave Oscillator,” Appl. Phys. Lett. 90, 191501 (2007). 20. K. F. Pao, C. T. Fan, T. H. Chang, C. C. Chiu, and K. R. Chu, “Selective Suppression of High Order Axial Modes of the Gyrotron Backward-Wave Oscillator,” Phys. Plasmas 14, 093301 (2007). 21. S. H. Kao, C. C. Chiu, K. F. Pao, and K. R. Chu, “Competition between Harmonic Cyclotron Maser Interactions in the Terahertz Regime,” Phys. Rev. Lett. 107, 105101 (2011). 22. S. H. Kao, C. C. Chiu, and K. R. Chu, “A Study of Subterahertz and Terahertz Gyrotron Oscillators,” Phys. Plasmas 19, 023112 (2012). 23. S. H. Kao, C. C. Chiu, P. C. Chang, K. L. Wu, and K. R. Chu, “Harmonic Mode Competition in a THz Gyrotron Backward-Wave Oscillator,” Phys. Plasmas 19, 103103 (2012). 24. M. K. Shen and K. R. Chu, “Electromagnetic wave interactions with a conducting medium–a graphic illustration of dispersive properties,” Am. J. Phys. 82, 110 (2014). 25. W. Y. Chiang, M. H. Wu, K. L. Wu, M. H. Lin, H. H. Teng, Y. F. Tsai, C. C. Ko, E. C. Yang, J. A. Jiang, L. R. Barnett, and K. R. Chu, “A microwave applicator for uniform irradiation by circularly polarized waves in an anechoic chamber” Rev. Sci. Instru. 85, 084703 (2014). 26. Y. J. Huang, L. H. Yeh, and K. R. Chu, “An analytical study on the diffraction quality factor of open cavities,” Phys. Plasmas 21, 103112 (2014). 27. Y. J. Huang, K. R. Chu, and M. Thumm, “Self-consistent modeling of terahertz waveguide and cavity with frequency-dependent conductivity,” Phys. Plasmas 22, 013108 (2015). 28. G. D. Li, S. H. Kao, P. C. Chang, and K. R. Chu, “Terahertz electron cyclotron maser interactions with an axis-encircling electron beam,” Phys. Plasmas 22, 043109 (2015). 29. M. S. Lin, S. M. Lin, W. Y. Chiang, L. R. Barnett, and K. R. Chu, “Effects of Polarization-Charge Shielding in Microwave Heating,” Phys. Plasmas 22, 083302 (2015). 30. G. D. Li, P. C. Chang, H. Y. Chen, W. Y. Chang, C. T. Fan, P. N. Lin, S. H. Kao, Y. N. Lin, Y. J. Huang, L. R. Barnett, and K. R. Chu, “A broadband gyrotron backward-wave oscillator with tapered interaction structure and magnetic field,” Phys. of Plasmas 22, 113105 (2015). 31. K. R. Chu and P. Chow, “A theoretical study of terahertz surface plasmons on a cylindrical metal wire,” Phys. Plasmas 24, 013304 (2017). 32. Y. F. Tsai, L. R. Barnett, H. H. Teng, C. C. Ko, and K. R. Chu, “A study of some inherent causes for non-uniform microwave heating,” Phys. Plasmas 24, 103301 (2017). 33. S. H. Chen, K. W. Chen, and K. R. Chu, “A comparative study of single-wire and hollow metallic waveguides for terahertz waves,” AIP Advances 8, 115028 (2018).
  • 五 7, 8, 9
  • 新物618

  • 1 類

  • 修課總人數 30 人

    本校 28 人 + 外校 2 人

  • 無領域專長

  • 中文授課
  • NTU COOL
  • 核心能力與課程規劃關聯圖
  • 備註
  • 本校選課狀況

    已選上
    0/28
    外系已選上
    0/0
    剩餘名額
    0
    已登記
    0
  • 課程概述
    微波基礎理論及實用
  • 課程目標
    理論,實用
  • 課程要求
    課堂講解, 著重物理觀念. 為了使這種教學方式發揮最大效果, 請同學上課時務必細聽解說, 並記下心得 (心得如不記下一再複習, 很快就忘記). 讀講義及輔助教材時, 務必依照其上指引, 參閱Jackson及Collin 二書.待補
  • 預期每週課前或/與課後學習時數
    5 hours
  • Office Hour
    隨時
    *此 Office Hour 需要提前預約
  • 指定閱讀
    1. J. D. Jackson, "Classical Electrodynamics" (3rd ed.), Chapters 7 and 8. 大部分的物理均包含在Jackson 7,8兩章中. 因此本課程的安排儘量配合電動力學I, 用Jackson 7,8章中的教材來推導Collin書中的公式, 期使本課程和電動力學建立在同一物理和數學基礎上. 2. R. E. Collin, "Foundations of Microwave Engineering" (2nd ed.). 和一般"微波工程課程比較, 本課程偏重Collin書中之物理部份, 跳過一些工程部份. 選課同學須對電磁學 (尤其是電磁波部份) 及應用數學已相當熟悉.
  • 參考書目
    待如有需要, 講義中將引用其他書籍之相關資料補
  • 評量方式
    1. 本校建議 A+ 比例上限為 20% ,非強制規定, 授課教師可依課程要求調整,建議必修課程參考。
    2. 本校採用等第制評定成績,學生成績評量辦法中的百分制分數區間與單科成績對照表僅供參考,授課教師可依等第定義調整分數區間。詳見 學習評量專區
  • 針對學生困難提供學生調整方式
  • 補課資訊
  • 課程進度
    2/27第 1 週
    3/06第 2 週
    3/13第 3 週
    3/20第 4 週
    3/27第 5 週
    4/03第 6 週
    4/10第 7 週
    4/17第 8 週
    4/24第 9 週
    5/01第 10 週
    5/08第 11 週
    5/15第 12 週
    5/22第 13 週
    5/29第 14 週
    6/05第 15 週
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