Куліш В. В., Лисенко О. В., Ромбовскій М. Ю. Сумський державний університет вул. Римського-Корсакова, д. 2, Суми – 40007, Україна Тел.: +8 (044) 4551884; e-mail: kulish2001@ukr.net

Анотація – Побудовано слабосігнальная теорія параметричних електронно-хвильових двохпотокові лазерів на вільних електронах з Н-убітронной накачуванням. Проведено аналіз для інкремента наростання електромагнітної хвилі сигналу. Показана перспективність використання даних систем як малошумящих підсилювачів потужності мм-ІК діапазону.

I. Вступ

Теоретична модель параметричних електрон-но-хвильових двохпотокові лазерів на вільних електронах (ЛСЕ) вперше була запропонована в роботі

[1]. При цьому стверджувалося, що такі прилади можуть бути досить перспективними для практики. Там же висловлювалася думка про принципову можливість реалізації на їх базі малошумящих підсилювачів потужності з високим посиленням для мм-ІК діапазонів.

Проте, детального аналізу фізичних процесів в такого типу пристроях, що підтверджує дані припущення, там не проводилося. Представлена ​​робота має головну мету хоча б частково заповнити цю прогалину. Проведений аналіз показав, що досліджувана система має ряд нетривіальних особливостей. У тому числі, встановлено існування трьох зон посилення сигналу, які різняться специфікою залежності інкремента наростання електромагнітної хвилі сигналу від параметрів системи. Крім того, було показано можливість досягнення досить високих значень посилення при досить “щадних” (в порівнянні з “звичайними” ЛСЕ) значеннях параметрів системи.

II. Основна частина

Розглядаємо модель (див. рис.1), уздовж осі якої рухається двошвидкісний релятивістський електронний пучок (РЕП) 1 (див. рис.1).

Рис. 2. Залежність інкрементом наростання від частоти coj.

Fig. 2. Increment of growth dependences from frequency col

Як бачимо, залежність інкремента наростання хвиль Г (крива 3) від частоти хвилі сигналу з j можна умовно розбити на три характерні зони. У першій з них має місце спочатку наростання Г, а потім його зменшення при збільшенні частоти (ю1<2,8-1013з-1).

Друга зона характеризується повною відсутністю посилення хвиль (Г = 0). І, нарешті, в третій зоні інкремент також збільшується зі збільшенням частоти сигналу (coj> 4,0-1013 з “1). Зіставляючи криві 1 і 2 з кривою 3 бачимо, що для першої і третьої зон є характерним переважання механізму параметричного наростання робочої ВПЗ над механізмом її параметричного загасання, тоді як у другій зоні маємо зворотну за змістом ситуацію.

Звертає на себе увагу досить високі (для субміліметрового діапазону) значення інкремента посилення при порівняно низьких (на що вже зверталася увага) значеннях поля Н-убітронной накачування. Це говорить про те, що надія на створення малошумні підсилювача потужності з високим посиленням для мм-ІК діапазону має реальні підстави. Зауважимо, проте, що остаточну відповідь тут може бути отриманий тільки лише в рамках нелінійної теорії, коли визначено рівні насичення підсилення. Результати такого нелінійного аналізу, однак, будуть описані в інших роботах авторів.

В роботі побудована слабосігнальная теорія параметричних електронно-хвильових двохпотокові лазерів на вільних електронах з Н-убітронной накачуванням і з швидкою робочої хвилею ВПЗ. Проведений аналіз результуючого інкремента наростання хвилі сигналу показав досить складну динаміку його поведінки від частоти. Цей же аналіз дозволив зробити висновок про перспективність даного класу ЛСЕ як високоефективних малошу-мящіх підсилювачів потужності мм-ІК діапазонів.

IV. Список літератури

[1] В. В. Куліш. До теорії релятивістських параметричних електронно-хвильових лазерів на вільних електронах. / / Укр. фіз. 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.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»