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

Вплив поздовжнього електростатичного поля на ширину спектра мультигармонічної хвилі просторового заряду у двопотоковому супергетеродинному ЛВЕ з ґвинтовим електронним пучком

Рубрика: 
ВАКУУМНА ТА ТВЕРДОТІЛЬНА ЕЛЕКТРОНІКА
Лисенко, ОВ, Олексієнко, ГА, Волк, ЮЮ
Organization: 

 

Сумський державний університет
2, вул. Римського-Корсакова, Суми, 40007, Україна
E-mail: lysenko_@ukr.net
https://doi.org/10.15407/rej2020.01.070
Мова: російська
Анотація: 

 

Предмет і мета роботи. Предметом дослідження є спектральні характеристики хвилі просторового заряду (ХПЗ), яка поширюється у двопотоковому супергетеродинному лазері на вільних електронах (ДСЛВЕ) клістронного типу з ґвинтовим релятивістським електронним пучком. Метою роботи є теоретичне вивчення впливу поздовжнього електростатичного поля на формування мультигармонічної хвилі просторового заряду в досліджуваному пристрої.

Методи і методологія роботи. Як вихідні використовуємо квазігідродинамічне рівняння, рівняння неперервності і рівняння Максвелла. Для розв’язання задачі руху і неперервності застосовуємо методи ієрархічного підходу до теорії коливань і хвиль (модернізований метод усереднених характеристик), а для польової задачі – метод повільно змінних амплітуд.

Результати роботи. У кубічному нелінійному наближенні отримано систему диференціальних рівнянь, що описує динаміку гармонік мультигармонічної ХПЗ у пролітній секції ДСЛВЕ з поздовжнім електростатичним полем. Вивчено режим, коли частота першої гармоніки ХПЗ набагато менша за критичну частоту двопотокової нестійкості. Продемонстровано, що у випадку використання прискорювального поздовжнього електростатичного поля збільшується ширина частотного спектра. Показано, що гальмівне електростатичного поле дозволяє отримати мультигармонічні ХПЗ із більшою амплітудою і вужчим частотним спектром. Також зменшуються поздовжні габарити пролітної секції. З'ясовано, що використання поздовжнього електростатичного поля для керування шириною частотного спектра ХПЗ є більш ефективним у ґвинтових електронних пучках, ніж у прямолінійних.

Висновок. Запропоновано використовувати поздовжнє електростатичне поле в пролітній секції ДСЛВЕ для керування шириною частотного спектра хвилі просторового заряду, рівнем амплітуд сигналу в мультигармонічних двопотокових лазерах на вільних електронах клістронного типу з ґвинтовим релятивістським електронним пучком.
Ключові слова: двопотокова нестійкість, поздовжнє електростатичного поле, супергетеродинний лазер на вільних електронах, трихвильовий параметричний резонанс, ґвинтовий електронний пучок

Стаття надійшла до редакції  02.05.2019
PACS 41.60.Cr; 52.35.Mw​
УДК 621.373
Radiofiz. elektron. 2020, 25(1): 70-79
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. Bekefi G., Jacobs K.D. Two-stream, free-electron lasers. J. Appl. Phys. 1982. Vol. 53, Iss. 6. P. 4113–4121. DOI: 10.1063/1.331278
  3. Botton M., Ron A. Gain enhancement in a free electron laser by two-stream instability. J. Appl. Phys. 1990. Vol. 67, Iss. 10. P. 6583–6585. DOI: 10.1063/1.345091.
  4. Wilhelmsson H. Double beam free electron laser. Phys. Scr. 1991. Vol. 44, Iss. 6. P. 603–605. DOI: 10.1088/0031-8949/44/6/017.
  5. Kulish V.V., Lysenko A.V., Koval V.V., Rombovsky M.Yu., Volk I.I. Forming of ultrashort electromagnetic clusters by two-stream superheterodyne free electron lasers. Acta Phys. Pol. A. 2017. Vol. 131, Iss. 2. P. 213–221. DOI: 10.12693/APhysPolA.131.213.
  6. Lysenko A., Volk I., Serozhko A., Rybalko O. Forming of space charge wave with broad frequency spectrum in helical relativistic two-stream electron beam. Chin. Phys. Lett. 2017. Vol. 34, Iss. 7. P. 075202(5). DOI: 10.1088/0256-307X/34/7/075202.
  7. Lysenko A., Volk I. Influence of Two-Stream Relativistic Electron Beam Parameters on the Space Charge Wave with Broad Frequency Spectrum Forming. Plasma Sci. Technol. 2018. Vol. 20, Iss. 3. P. 035002(9). DOI: 10.1088/2058-6272/aaa358.
  8. 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, Iss. 8. P. 1073–1085. DOI: 10.1007/s10762-006-9095-6.
  9. Mohsenpour T., Mehrabi N. Instability of wave modes in a two-stream free-electron laser with a helical wiggler and an axial magnetic field. Phys. Plasmas. 2013. Vol. 20, Iss. 8. P. 082133(7). DOI: 10.1063/1.4817822.
  10. Mohsenpour T., Rezaee Rami O.K. Self-field effects on instability of wave modes in a two-stream free-electron laser with an axial magnetic field. Phys. Plasmas. 2014. Vol. 21, N 7. P. 072113(7). DOI: 10.1063/1.4889870.
  11. Bakhtiari F., Esmaeilzadeh M., Ghafary B. Terahertz radiation with high power and high efficiency in a magnetized plasma. Phys. Plasmas. 2017. Vol. 24, Iss 7. P. 73112. DOI: 10.1063/1.4991395.
  12. Mahdizadeh N. Saturation mechanism in a two-stream free-electron laser. J. Plasma Phys. 2015. Vol. 81, Iss. 6. P. 905810612(16). DOI: 10.1017/S0022377815001427.
  13. Mahdizadeh N. Efficiency enhancement in a two-stream free electron laser with a helical wiggler. Optik. 2019. Vol. 182. P. 1170–1175. DOI: 10.1016/j.ijleo.2019.01.112.
  14. Лисенко О.В., Олексієнко Г.А., Феденко М.О. Застосування модернізованого методу усереднених характеристик в задачах теорії плазмово-пучкових супергетеродинних лазерів на вільних електронах. Журн. нано- та електронної фізики. 2015. Т. 7, № 4. С. 04083(8).