Влияние продольного электростатического поля на ширину спектра мультигармонической волны пространственного заряда в двухпотоковом супергетеродинном ЛСЭ с винтовым электронным пучком

Предмет и цель работы. Предметом исследования являются спектральные характеристики волны пространственного заряда (ВПЗ), которая распространяется в двухпотоковом супергетеродинном лазере на свободных электронах (ДСЛСЭ) клистронного типа с винтовым релятивистским электронным пучком. Целью работы является теоретическое изучение влияния продольного электростатического поля на формирование мультигармонической волны пространственного заряда в исследуемом устройстве.

Методы и методология работы. В качестве исходных используем квазигидродинамическое уравнение, уравнение непрерывности и уравнения Максвелла. Для решения задачи движения и непрерывности применяем методы иерархического подхода к теории колебаний и волн, а именно модернизированный метод усредненных характеристик, а для решения полевой задачи метод медленно меняющихся амплитуд.

Результаты работы. В кубическом нелинейном приближении получена система дифференциальных уравнений, описывающая динамику гармоник мультигармонической ВПЗ в пролетной секции ДСЛСЭ с продольным электростатическим полем. Изучен режим, при котором частота первой гармоники ВПЗ много меньше критической частоты двухпотоковой неустойчивости. Продемонстрировано, что в случае использования ускоряющего продольного электростатического поля увеличивается ширина частотного спектра. Показано, что тормозящее электростатическое поле позволяет получить мультигармонические ВПЗ с большей амплитудой и более узкими частотными спектрами. При этом продольные габариты пролетной секции уменьшаются. Выяснено, что использование продольного электростатического поля для управления шириной частотного спектра является более эффективным в винтовых электронных пучках, чем в прямолинейных пучках.

Заключение. Предложено использовать продольное электростатическое поле в пролетной секции ДСЛСЭ для управления шириной частотного спектра волны пространственного заряда, уровнем амплитуд сигнала в мультигармонических двухпотоковых лазерах на свободных электронах клистронного типа с винтовым релятивистским электронным пучком.