К ТЕОРИИ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРОННО-ВОЛНОВЫХ ЛАЗЕРОВ НА СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНАХ С Н-УБИТРОННОЙ НАКАЧКОЙ

April 18, 2012 by admin Комментировать »

Кулиш В. В., Лысенко А. В., Ромбовский М. Ю. Сумской государственный университет ул. Римского-Корсакова, д. 2, Сумы – 40007, Украина Тел.: +8(044) 4551884; e-mail: kulish2001@ukr.net

Аннотация – Построена слабосигнальная теория параметрических электронно-волновых двухпотоковых лазеров на свободных электронах с Н-убитронной накачкой. Проведен анализ для инкремента нарастания электромагнитной волны сигнала. Показана перспективность использования данных систем как малошумящих усилителей мощности мм-ИК диапазона.

I.  Введение

Теоретическая модель параметрических электрон- но-волновых двухпотоковых лазеров на свободных электронах (ЛСЭ) впервые была предложена в работе

[1]   . При этом утверждалось, что такие приборы могут быть достаточно перспективными для практики. Там же высказывалось мнение о принципиальной возможности реализации на их базе малошумящих усилителей мощности с высоким усилением для мм-ИК диапазонов.

Однако, детального анализа физических процессов в такого типа устройствах, подтверждающего данные предположения, там не проводилось. Представленная работа имеет главную цель хотя бы частично восполнить этот пробел. Проведенный анализ показал, что исследуемая система имеет ряд нетривиальных особенностей. В том числе, установлено существование трех зон усиления сигнала, которые различаются спецификой зависимости инкремента нарастания электромагнитной волны сигнала от параметров системы. Кроме того, было показана возможность достижения достаточно высоких значений усиления при довольно "щадящих" (по сравнению с "обычными" ЛСЭ) значениях параметров системы.

II.  Основная часть

Рассматриваем модель (см. рис.1), вдоль оси которой движется двухскоростной релятивистский электронный пучок (РЭП) 1 (см. рис.1).

Рис. 2. Зависимость инкрементов нарастания от частоты coj.

Fig. 2. Increment of growth dependences from frequency col

Как видим, зависимость инкремента нарастания волн Г (кривая 3) от частоты волны сигнала со j можно условно разбить на три характерные зоны. В первой из них имеет место сначала нарастание Г , а затем его уменьшение при увеличении частоты (ю1<2,8-1013с-1).

Вторая зона характеризуется полным отсутствием усиления волн (Г =0). И, наконец, в третьей зоне инкремент также увеличивается с увеличением частоты сигнала (coj >4,0-1013 с"1). Сопоставляя кривые 1 и 2 с кривой 3 видим, что для первой и третьей зон является характерным преобладание механизма параметрического нарастания рабочей ВПЗ над механизмом её параметрического затухания, тогда как во второй зоне имеем обратную по смыслу ситуацию.

Обращает на себя внимание достаточно высокие (для субмиллиметрового диапазона) значения инкремента усиления при сравнительно низких (на что уже обращалось внимание) значениях поля Н-убитронной накачки. Это говорит о том, что надежда на создание малошумящего усилителя мощности с высоким усилением для мм-ИК диапазона имеет реальные основания. Заметим, однако, что окончательный ответ здесь может быть получен только лишь в рамках нелинейной теории, когда определены уровни насыщения усиления. Результаты такого нелинейного анализа, однако, будут описаны в других работах авторов.

В работе построена слабосигнальная теория параметрических электронно-волновых двухпотоковых лазеров на свободных электронах с Н-убитронной накачкой и с быстрой рабочей волной ВПЗ. Проведенный анализ результирующего инкремента нарастания волны сигнала показал достаточно сложную динамику его поведения от частоты. Этот же анализ позволил сделать вывод о перспективности данного класса ЛСЭ как высокоэффективных малошу- мящих усилителей мощности мм-ИК диапазонов.

IV. Список литературы

[1]  В. В. Кулиш. К теории релятивистских параметрических электронно-волновых лазеров на свободных электронах. // Укр. физ. журнал, т. 36, № 5, 1991, с. 686-693.

[2]  Kulish V. V. Hierarchical methods: Vol. I. Hierarchy and Hierarchic Asymptotic Methods in Electrodynamics, Dordrecht/Boston/London: Kluwer Academic Publishers, 2002.

[3]  Kulish V. V. Hierarchical methods. Vol. II. Undulative electrodynamic systems, Dordrecht/Boston/London: Kluwer Academic Publishers, 2002.

TO THE THEORY OF PARAMETRICAL ELECTRON-WAVE FREE ELECTRON LASERS WITH H-UBITRON PUMPING

Kulish V. V., Lysenko A. V., Rombovsky M. Y.

Sumy State University

2   Rymskii-Korsakov St., 40007, Sumy, Ukraine Phone: (044) 4551884, e-mail: kulish2001@ukr.net

Abstract – A weak signal theory of the parametrical electron- wave two-stream free electron lasers (FEL) with H-ubitron pumping is created. The analysis for the increment of growth of electromagnetic signal wave is carried out. Perspectivity of use of the system considered as a powerful low-noise amplifier for mm-IR range is substantiated.

I.  Introduction

The theoretical model of parametrical electron-wave two- stream FEL has been suggested for the first time in work [1]. It was formulated, in particular, there the opinion that powerful amplifiers with low level of internal noises for the mm-IR range can be constructed on such a basis. However, a physical analysis required for substantiation of this assumption was not carried out in [1]. Therefore, the accomplishing the analysis required is the main purpose of this work.

II.  Main part

We consider the model of parametrical superheterodyne electron-wave FEL with H-ubitron pumping (see Fig. 1). Its specific feature is that two three-wave parametrical resonances can be simultaneously realized here. The first of them is the traditional FEL-mechanism, and the second one is the parametrical resonance of three longitudinal electron waves. Both these resonances are coupled via a common electron wave. It is found out that, in contrast to the traditional FEL, the amplification of the electromagnetic signal wave is possible in such system in the case even when this common electron wave is represented by a fast space charge wave (see Fig. 2). Therein, as the analysis shown, dynamics of the amplification increment (as a function of signal frequency) turns out to be rather complex. Also, the possibility to achieve high levels of the signal wave amplification for moderate (in comparison with the traditional FEL’s) magnitudes of system parameters is demonstrated.

III.  Conclusion

The weak signal theory of the parametrical electron-wave two- stream FELs with fast working space charge wave (SCW) is constructed. The analysis carried out for the increment growth (as a function of the signal frequency) has shown rather complex general dynamics of its behavior. The same analysis has allowed making the conclusion that the considered class of devices can be very promising as powerful low-noise amplifiers for the mm-IR range.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты