Мультигармонічні процеси в лазерах на вільних електронах клістронного типу

Abstract

Об’єкт дослідження – процеси випромінювання електромагнітних хвиль релятивістськими електронними пучками (РЕП) в мультигармонічних лазерах на вільних електронах (ЛВЕ) клістронного типу з підсилювачем хвилі просторового заряду. Предмет дослідження – динаміка хвиль просторового заряду (ХПЗ) в секції підсилення хвилі просторового заряду в мультигармонічних ЛВЕ клістронного типу з урахуванням множинних трихвильових параметричних взаємодій. Мета роботи – встановлення основних фізичних закономірностей, що пов’язані з формуванням у секції підсилення мультигармонічних ЛВЕ клістронного типу потужної мультигармонічної хвилі просторового заряду. Методи дослідження – у роботі використали квазігідродинамічне рівняння, рівняння неперервності та рівняння Максвела. Для розв’язання задач руху та рівняння неперервності застосовували метод усереднених характеристик. Для розв’язання польової задачі використовували метод повільно змінних амплітуд. Також застосовували стандартні числові методи. В рамках кубічного нелінійного наближення проведено аналіз динаміки мультигармонічних хвиль ХПЗ у секції підсилення супергетеродинного ЛВЕ з поздовжнім електростатичним ондулятором. Враховано мультигармонічність поля накачки, прийнято до уваги ефект генерації додаткового електростатичного поля накачки. Показано, що у досліджуваній системі реалізуються множинні параметричні резонанси двох типів. Продемонстровано, що резонансні взаємодії другого типу істотно зменшують рівні насичення хвиль ХПЗ. З'ясовано, що генерація вищих гармонік хвиль ХПЗ визначається винятково множинними резонансними взаємодіями другого типу. Визначені довжини системи, на яких інкременти зростання хвиль не залежать від частот підсилюваних хвиль, різниця початкових фаз практично не змінюється. Запропоновано використовувати цю властивість для підсилення мультигармонічної ХПЗ із широким частотним спектром без зміни його форми. З'ясовано, що в досліджуваній системі генерується додаткове періодично реверсивне електростатичне поле, що істотно збільшує результуюче поле накачки (на 30%).