Втрати енергії зарядженої частинки внаслідок її взаємодії з діелектричним циліндром
Рубрика:
| Аверков, ЮО, Прокопенко, ЮВ, Яковенко, ВМ |
Organization:
Інститут радіофізики та електроніки ім. О. Я. Усикова НАН України Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна Харківський національний університет радіоелектроніки |
| https://doi.org/10.15407/rej2020.01.060 |
| Мова: російська |
Анотація:
Предмет і мета роботи. Створення генераторів електромагнітного випромінювання міліметрових і субміліметрових довжин хвиль є перспективним напрямком розвитку радіофізики. Такі генератори затребувані в медицині, біології, спектроскопії, бездротовому широкосмуговому зв'язку та в інших галузях науки і техніки. Одним із способів генерації хвиль міліметрового і субміліметрового діапазонів є взаємодія потоків заряджених частинок з надрозмірними електродинамічними структурами, що працюють у багатомодовому режимі. У зв'язку з цим важливим є розуміння елементарних фізичних механізмів, що лежать в основі такої взаємодії. У цій роботі розв’язано задачу про збудження власних об'ємно-поверхневих мод твердотільного циліндра нерелятивістським електроном, що рухається у вакуумі над поверхнею такого циліндра паралельно його осі. У наслідок нерелятивістського характеру руху електрона його поле і поле випромінювання у вакуумі розраховувалися в електростатичному наближенні, а поля всередині циліндра – з урахуванням ефекту запізнювання. Методи та методологія роботи. З використанням рівнянь Максвелла і подання полів у вигляді набору просторово-часових гармонік отримано аналітичний вираз для втрат енергії електрона на збудження власних об'ємно-поверхневих мод діелектричного циліндра. Аналіз цього виразу був виконаний чисельно із застосуванням методу розподілу відрізка навпіл для пошуку коренів дисперсійного рівняння. Результати роботи. Показано, що найбільш ефективно збуджуються моди E-типу. При цьому величини втрат енергії електрона на збудження мод E-типу приблизно на два порядки перевершують величини втрат на збудження мод H-типу з такими ж значеннями азимутального і радіального модових індексів. Найбільші втрати енергії електрона відповідають збудженню HE11-моди. Висновок. Отримані результати дозволяють глибше зрозуміти фізичний механізм, що лежить в основі генерації власних мод діелектричного циліндра зарядженими частинками, і можуть бути узагальнені на випадок багатоструменевого електронного пучка, що використовується для генерації електромагнітних мод «шепочучої галереї». |
| Ключові слова: випромінювання електрона, електростатичне наближення, моди електричного типу, моди магнітного типу, об'ємно-поверхневі моди |
Стаття надійшла до редакції 29.07.2019
PACS: 03.50-z; 41.60.Bq; 42.60.Da
УДК 533.922
Radiofiz. elektron. 2020, 25(1): 60-69
Повний текст (PDF)
References:
- Pickwell E., Cole B.E., Fitzgerald A.J., Wallace V.P., Pepper M. Simulation of terahertz pulse propagation in biological systems. Appl. Phys. Lett. 2004. Vol. 84, Iss. 12. P. 2190–2192. DOI: 10.1063/1.1688448.
- Ashwort P.C., Pickwell-MacPherson E., Provenzano E., Pinder S.E., Purushotham A.D., Pepper M., Wallace V.P. Terahertz pulsed spectroscopy of freshly excised human breast cancer. Opt. Express. 2009. Vol. 17, Iss. 15. P. 12444–12454. DOI: 10.1364/OE.17.012444.
- Yang Y., Shutler A., Grischkowsky D. Measurement of the transmission of the atmosphere from 0.2 to 2 THz. Opt. Express. 2011. Vol. 19, Iss. 9. P. 8830–8838. DOI: 10.1364/OE.19.008830.
- Nagatsuma T., Horiguchi S., Minamikata Y., Yoshimizu Y., Hisatake S., Kuwano S., Yoshimoto N., Terada J., Takahashi H. Terahertz wireless communications based on photonics technologies. Opt. Express. 2013. Vol. 21, N 21. P. 23736–23747. DOI: 10.1364/OE.21.023736.
- Kemp M.C. Explosive detection by terahertz spectroscopy – a bridge too far? IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 2011. Vol. 1, N 1. P. 282–292. DOI: 10.1109/TTHZ.2011.2159647.
- Дормидонтов А.В., Кириченко А.Я., Лонин Ю.Ф., Пономарев А.Г., Прокопенко Ю.В., Сотников Г.В., Уваров В.Т., Филиппов Ю.Ф. Автоколебательная система на основе диэлектрического резонатора с модами «шепчущей галереи». Письма в журн. техн. физики. 2012. Т. 38, вып. 2. С. 65–73.
- Силин В.П., Рухадзе А.А. Электромагнитные свойства плазмы и плазмоподобных сред. Москва: Госатомиздат, 1961. 244 с.
- Аверков Ю.О., Прокопенко Ю.В., Яковенко В.М. Потери энергии заряженной частицы на возбуждение поверхностных магнитоплазмонов в структуре с двумерной и трехмерной плазмой. Журн. эксперим. и теорет. физики. 2015. Т. 148, № 4(10). С. 799–805. DOI: 10.7868/S004445101510017X.
- Справочник по специальным функциям: с формулами, графиками и таблицами. Под ред. М. Абрамовица, И. Стиган. Москва: Наука, 1979. 832 с.
- Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Под ред. И.Г. Арамановича. Москва: Наука, 1974. 831 с.
- Владимиров В.С. Обобщенные функции в математической физике. Москва: Наука, 1979. 320 с.
- Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. Москва: Радио и связь, 1988. 440 с.
- Ильченко М.Е., Взятышев В.Ф., Гассанов Л.Г., Безбородов Ю.М. Диэлектрические резонаторы. Под ред. М.Е. Ильченко. Москва: Радио и связь, 1989. 328 с.
- Кириченко А.Я., Прокопенко Ю.В., Филиппов Ю.Ф., Черпак Н.Т. Квазиоптические твердотельные резонаторы. Киев: Наук. думка, 2008. 286 с.;
- Аверков Ю.О., Прокопенко Ю.В., Яковенко В.М. Неустойчивость трубчатого электронного пучка при взаимодействии с плазмоподобной средой. Радиофизика и электроника. 2016. Т. 7(21), № 2. С. 28–35.
- Аверков Ю.О., Прокопенко Ю.В., Яковенко В.М. Взаимодействие потока заряженных частиц трубчатого пучка с собственными колебаниями диэлектрического цилиндра. Радиофизика и электроника. 2016. Т. 7(21), № 4. С. 68–76.
- Аверков Ю.О., Прокопенко Ю.В., Яковенко В.М. Неустойчивость трубчатого электронного пучка, движущегося над диэлектрическим цилиндром. Журн. техн. физики. 2017. Т. 87, № 10. С. 1571–1577. DOI: 10.21883/JTF.2017.10.45003.2015.
- Аверков Ю.О., Прокопенко Ю.В., Яковенко В.М. Спектры собственных волн анизотропного цилиндрического твердотельного волновода. Журн. техн. физики. 2019. Т. 89, № 1. С. 9–15. DOI: 10.21883/JTF.2019.01.46954.2438.
