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

ВПЛИВ ПОЗДОВЖНЬОГО МАГНІТНОГО ПОЛЯ НА ПІДСИЛЕННЯ ХВИЛЬ У ПЛАЗМОВО-ПУЧКОВОМУ СУПЕРГЕТЕРОДИННОМУ ЛАЗЕРІ НА ВІЛЬНИХ ЕЛЕКТРОНАХ ДОПЛЕРТРОННОГО ТИПУ

Рубрика: 
ВАКУУМНА ТА ТВЕРДОТІЛЬНА ЕЛЕКТРОНІКА
Лисенко, ОВ, Олексієнко, ГА, Павлов, АВ
Organization: 

Сумський державний університет
2, ул. Римського-Корсакова, Суми, 40007, Україна
E-mail: lysenko_@ukr.net
https://doi.org/10.15407/rej2017.04.055
Мова: російська
Анотація: 

Предметом дослідження є підсилювальні характеристики плазмово-пучкового супергетеродинного лазера на вільних електронах доплертронного типу. Мета полягає в теоретичному вивченні впливу поздовжнього магнітного поля на підсилення хвиль у такому пристрої з точки зору знаходження оптимального режиму роботи.

Як вихідні використано квазігідродинамічне рівняння, рівняння неперервності і рівняння Максвелла. Задачі руху і неперервності розв’язано за допомогою модернізованого методу усереднених характеристик, а задача збудження власних електромагнітних полів – методом повільно змінних амплітуд.

У кубічно-нелінійному наближенні проведено аналіз впливу фокусуючого магнітного поля на динаміку хвиль у плазмово-пучковому супергетеродинному лазері на вільних електронах з доплертронною накачкою. З’ясовано, що за умови зменшення напруженості фокусуючого магнітного поля до критичного значення, відбувається збільшення інтенсивності електромагнітного випромінювання. Визначено критичне значення напруженості магнітного поля, знайдені рівні насичення електромагнітних хвиль.

Показано, що досліджуваний лазер на вільних електронах може використовуватися як потужний підсилювач електро-магнітного випромінювання в міліметровому діапазоні довжин хвиль.
Ключові слова: параметричний резонанс, плазмово-пучкова нестійкість, супергетеродинний лазер на вільних електронах, фокусуюче магнітне поле

Стаття надійшла до редакції 04.10.2017
УДК 621.373
PACS 41.60.Cr; 52.35.Mw
Radiofiz. elektron. 2017, 22(4): 55-61
Повний 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.).