• Українська
  • English
  • Русский
ISSN 1028-821X (Online)
ISSN 2415-3400 (Print)

ВЛИЯНИЕ ПРОДОЛЬНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА УСИЛЕНИЕ ВОЛН В ПЛАЗМЕННО-ПУЧКОВОМ СУПЕРГЕТЕРОДИННОМ ЛАЗЕРЕ НА СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНАХ ДОПЛЕРТРОННОГО ТИПА

Лысенко, АВ, Алексеенко, ГА, Павлов, АВ
Organization: 

Сумской государственный университет
2, ул. Римского-Корсакова, Сумы, 40007, Украина

E-mail: lysenko_@ukr.net

https://doi.org/10.15407/rej2017.04.055
Язык: русский
Аннотация: 

Предметом исследования являются усилительные характеристики плазменно-пучкового супергетеродинного лазера на свободных электронах доплертронного типа. Цель состоит в теоретическом изучении влияния продольного магнитного поля на усиление волн в таком устройстве с точки зрения нахождения оптимального режима работы.
В качестве исходных использованы квазигидродинамическое уравнение, уравнение непрерывности и уравнения Максвелла. Задача движения и непрерывности решена с помощью модернизированного метода усредненных характеристик, а задача возбуждения собственных электромагнитных полей – методом медленно меняющихся амплитуд.
В кубически-нелинейном приближении проведен анализ влияния фокусирующего магнитного поля на динамику волн в плазменно-пучковом супергетеродинном лазере на свободных электронах с доплертронной накачкой. Выяснено, что при уменьшении напряженности фокусирующего магнитного поля до критического значения происходит увеличение интенсивности электромагнитного излучения. Определено критическое значение напряженности магнитного поля, найдены уровни насыщения электромагнитных волн.
Показано, что исследуемый лазер на свободных электронах может использоваться в качестве мощного усилителя электромагнитного излучения в миллиметровом диапазоне длин волн.

Ключевые слова: параметрический резонанс, плазменно-пучковая неустойчивость, супергетеродинный лазер на свободных электронах, фокусирующее магнитное поле

Статья поступила в редакцию 04.10.2017
УДК 621.373
PACS 41.60.Cr; 52.35.Mw
Radiofiz. elektron. 2017, 22(4): 55-61
Полный текст (PDF)

References: 
  1. Kulish V. V. Hierarchic Electrodynamics and Free Electron Lasers: Concepts, Calculations, and Practical Applications. CRC Press. 2011. 697 p.
  2. Saeedkia D. Handbook of Terahertz Technology for Imaging, Sensing and Communications. Elsevier. 2013. 684 p.
  3. Redo-Sanchez A., Laman N., Schulkin B., Tongue T. Review of Terahertz Technology Readiness Assessment and Applications. J. Infrared Millim. Terahertz Waves. 2013. Vol. 34, Iss. 9. P. 500–518. DOI: doi.org/10.1007/s10762-013-9998-y
  4. Коцаренко Н. Я., Кулиш В. В. Об эффекте супергетеродинного усиления электромагнитных волн в системе плазма-пучок. Радиотехника и электроника. 1980. Т. 25, № 11. С. 2470–2471.
  5. Kulish V. V., Lysenko A. V., Koval V. V. Multiharmonic Cubic-nonlinear theory of plasma-beam superheterodyne free-electron lasers of the dopplertron type. Plasma Phys. Rep. 2010. Vol. 36, N 13. P. 1185–1190. DOI: doi.org/10.1134/ S1063780X10130167
  6. Kulish V. V., Lysenko A. V., Koval V. V. On the theory of a plasma-beam superheterodyne free-electron laser with H-ubitron pumping. Tech. Phys. Lett. 2009. Vol. 35, N 8. P. 696–699.
  7. Kulish V. V., Lysenko A. V., Koval V. V. Сubic-nonlinear theory of a plasma-beam superheterodyne free electron laser with H-ubitron pumping. Telecommunications and Radio Engineering. 2010. Vol. 69, N 20. P. 1859–1869.
  8. Кулиш В. В., Лысенко А. В., Алексеенко Г. А., Коваль В. В., Ромбовский М. Ю. Супергетеродинные плазменно-пучковые ЛСЭ с винтовыми электронными пучками. Прикладная физика. 2014. № 5. С. 24–28.
  9. Kulish V. V., Lysenko A. V., Oleksiienko G. A., Koval V. V., Rombovsky M. Nonlinear Theory of Plasma-Beam Superheterodyne Free Electron Laser of Dopplertron Type with Non-Axial Injection of Electron Beam. Acta Phys. Pol. A. 2014. Vol. 126, N 6. P. 1263–1268. DOI: 10.12693/ APhysPolA.126.1263
  10. Lysenko A. V., Alekseyenko G. A. Plasma-Beam Super-heterodyne Free Electron Laser with H‑ubitron Pumping and Non-Axial Electron Beam Injection. Telecommunications and Radio Engineering. 2016. Vol. 75, N 8. P. 745–756. DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v75.i8.70
  11. Mohsenpour T., Mehrabi N. Instability of Wave Modes in a Two-Stream Free Electron-Laser with a Helical Wiggler and an Axial Magnetic Field. Physics of Plasmas. 2013. Vol. 20, N 8. P. 082133 (7 p.). DOI: dx.doi.org/10.1063/1.4817822
  12. Liu W., Yang Z., Liang Z. Instability of Two-stream Free-electron Laser with an Axial Guiding Magnetic Field. Int. J. Infrared Millimeter Waves. 2006. Vol. 27, N 8. P. 1073–1085.
  13. Mehdian H., Saviz S. Electron trajectory and growth rate in a two-stream electromagnetically pumped free electron laser and axial guide field. Phys. Plasmas. 2008. Vol. 15, N 9. P. 093103 (5 p.). DOI: dx.doi.org/10.1063/1.2977771
  14. Александров А. Ф., Богданкевич Л. С., Рухадзе А. А. Основы электродинамики плазмы. Москва: Высш. школа, 1988. 424 c.
  15. Bellan P. M. Fundamentals of Plasma Physics. Cambridge University Press, 2008. 631 p.
  16. Bakhtiari F., Esmaeilzadeh M., Ghafary B. Terahertz radiation with high power and high efficiency in a magnetized plasma. Phys. Plasmas. 2017. Vol. 24, N 7. P. 073112. DOI: dx.doi.org/10.1063/1.4991395
  17. Мирошниченко В. И. Насыщение вынужденного когерентного рассеяния электромагнитных волн релятивистским електронным пучком в магнитном поле. Письма в Журн. техн. физики. 1979. Вып. 5. С. 1514–1518.
  18. Parker R. K., Jackson R. H., Gold S. H., Freund H. P., Granatstein V. L., Efthimion P. C., Herndon M., Kinkead A. K. Axial Magnetic-Field Effects in a Collective-Interaction Free-Electron Laser at Millimeter Wavelengths. Phys. Rev. Lett. 1982. Vol. 48, N 4. P. 238–242. DOI:doi.org/10.1103/ PhysRevLett.48.238
  19. Kheiri G., Esmaeilzadeh M. Dispersion relation and growth rate in a Cherenkov free electron laser: Finite axial magnetic field. Phys. Plasmas. 2013. Vol. 20, N 12. P. 123107 (8 p.). DOI: dx.doi.org/10.1063/1.4841255
  20. Ginzburg N. S., Peskov N. Y. Nonlinear theory of a free electron laser with a helical wiggler and an axial guide magnetic field. Phys. Rev. ST Accel. Beams. 2013. Vol. 16, N 9. P. 090701 (18 p.). DOI: doi.org/10.1103/PhysRevSTAB.16.090701
  21. Esmaeildoost N., Jafari S., Abbasi E. External magnetic field effect on the growth rate of a plasma-loaded free-electron laser. Eur. Phys. J. Plus. 2016. Vol. 131, N 6. P. 192. DOI: doi.org/10.1140/epjp/i2016-16192-5
  22. Лисенко О. В., Олексієнко Г. А., Феденко М. О. Застосування модернізованого методу усереднених характеристик в задачах теорії плазмово-пучкових супергетеродинних лазерів на вільних електронах. Журнал нано- та електронної фізики. 2015. Т. 7, № 4. С. 04083(8 c.).