Мультигармонічні плазмо-пучкові супергетеродинні лазери на вільних електронах

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.01 – фізика приладів, елементів і систем. – Сумський державний університет, Суми, 2010. Дисертаційна робота присвячена теоретичному дослідженню нового джерела потужного електромагнітного випромінювання в міліметровому-субміліметровому діапазоні хвиль – мультигармонічному плазмо-пучковому супергетеродинному лазеру на вільних електронах. Побудована самоузгоджена мультигармонiчна кубічно-нелінійна теорія плазмо-пучкового супергетеродинного лазера на вільних електронах як з доплертронною, так і Н-убітронною накачкою. Показано, що досліджувані системи мають на порядок більші iнкременти зростання, ніж еквівалентні двопотокові супергетеродинні ЛВЕ. З`ясована суттєва роль вищих гармонік пучкових хвиль, в тому числі і на процеси насичення в досліджуваній системі. Показано, що основні механізми насичення пов`язані з нелінійним зміщенням частоти і захопленням плазмовою хвилею електронів пучка. Аналіз рівнів насичення показав, що на базі супергетеродинних плазмо-пучкових лазерів на вільних електронах можна створювати джерела потужного електромагнітного випромінювання в міліметровому-субміліметровому діапазонах довжин хвиль. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3344

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.01 – физика приборов, элементов и систем. – Сумский государственный университет, Сумы, 2010. Диссертационная работа посвящена теоретическому исследованию нового источника мощного электромагнитного излучения в миллиметровом-субмиллиметровом диапазоне волн – мультигармоническому плазменно-пучковому супергетеродинному лазеру на свободных электронах. Построена самосогласованная мультигармоническая нелинейная теория плазменно-пучкового супергетеродинного лазера на свободных электронах с доплертронной накачкой. Проведен анализ инкрементов нарастания электромагнитной волны сигнала. Показано, что исследуемые системы имеют на порядок большие инкременты нарастания, чем эквивалентные двухпотоковые супергетеродинные ЛСЭ. Выяснена существенная роль высших гармоник пучковых волн, в том числе и на процессы насыщения в исследуемой системе. Показано, что основные механизмы насыщения связаны с нелинейным сдвигом частоты и захватом плазменной волной электронов пучка. Анализ уровней насыщения показал, что плазменно-пучковые супергетеродинные ЛСЭ с доплертронной накачкой являются перспективными для генерации мощного электромагнитного излучения в миллиметровом-субмиллиметровом диапазонах длин волн. Построена нелинейная самосогласованная мультигармоническая кубически-нелинейная теория плазменно-пучкового супергетеродинного лазера на свободных электронах с Н-убитронной накачкой. Выяснено, что имеется четыре разных режима работы такого устройства. Одни режимы позволяют усиливать сигналы, обладающие высокой степенью монохроматичности. Другие режимы позволяют формировать сигнал с достаточно широким мультигармоническим спектром сигнала. Проведена оценка инкрементов нарастания волн в таких приборах. Выяснено, что исследуемые ЛСЭ имеют существенно большие инкременты нарастания, чем эквивалентные двухпотоковые. Учтено влияние высших гармоник волн пространственного заряда, которое, как выяснено, играет существенную роль. Проведен анализ механизмов и уровней насыщения, из которого следует перспективность использования плазменно-пучковых супергетеродинных ЛСЭ для генерации мощного электромагнитного излучения в миллиметровом-субмиллиметровом диапазоне. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3344

Thesis for a candidate degree in physics and mathematics, speciality 01.04.01 – physics of devices, elements and systems. – Sumy State University, Sumy, 2010. The dissertation is devoted to the theoretical research of a new source of high-power electromagnetic radiation in the millimeter-submillimeter wavelength range – the multiharmonic plasma-beam superheterodyne free electron laser. The self-consistent multiharmonic cubic nonlinear theories of a plasma-beam superheterodyne free-electron laser both with dopplertron pumping, and H-ubitron pumping is constructed. The increment of wave growth in the investigated systems is estimated. It is established that, under otherwise equal conditions, the plasma-beam superheterodyne FELs are characterized by much greater gain increments than the equivalent two-stream devices. Essential influence of the that, under otherwise equal conditions, the plasma-beam superheterodyne FELs are characterized by much greater gain increments than the equivalent two-stream devices. Essential influence of the beam waves higher harmonics on saturation processes in the investigated system is shown. The analysis of saturation mechanisms is carried out. It is found out, that the basic mechanisms of saturation are connected with nonlinear frequency shift and capture of electrons in bunches by a plasma wave. The analysis of the levels of saturation has shown that the multiharmonic plasma-beam superheterodyne free-electron laser is promising for the use as sources of powerful electromagnetic signals in the mm-range. Keywords: free electron laser, superheterodyne amplification, plasma-beam instability, multiharmonic interactions. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3344