Генератори дифракційного випромінювання
Генератори дифракційного випромінювання (ГДB) є порівняно новими перспективними джерелами електромагнітного випромінювання міліметрового (ММ) і субміліметрового (субмм) діапазонів довжин хвиль. Їх робота базується на фізичному явищі когерентного дифракційного випромінювання електронного пучка, рухомого поблизу періодичної структури, а як резонансна система використовується високодобротний відкритий резонатор (ВР). ГДB вигідно відрізняються від інших вакуумних джерел О- типу мм і субмм діапазонів довжин хвиль високою стабільністю частоти, вузьким спектром вихідного сигналу, низьким рівнем шумів, широким діапазоном електромеханічної перебудови і порівняно великим рівнем вихідної потужності. У таких генераторах здійснюється розподілена взаємодія електронних пучків із полями періодичних структур при використанні для енергообміну об'ємних електромагнітних хвиль в просторово-розвинених відкритих електродинамічних системах. Ці системи дозволяють здолати принципову перешкоду, що виникає в класичних генераторах при зменшенні довжини хвилі.
Завдяки унікальним властивостям вихідного сигналу ГДB знаходять широке застосування в наукових дослідженнях, зокрема, для діагностики плазми, в радіоспектроскопії, для накачування квантових парамагнітних підсилювачів хвилі мм діапазону, для забезпечення динамічної поляризації ядерних мішеней, в когерентній радіолокації, в пристроях неруйнівного контролю виробів і в технологічних процесах.
Розгледимо будову ГДB і фізичні принципи, закладені в основу його роботи. Відкрита резонансна система (ВРС) для типового ГДB (рис. 18) складається з дводзеркального ВР, утвореного сферичним дзеркалом 1 і плоским (циліндричним) дзеркалом 2. Сферичне дзеркало містить елемент зв'язку з навантаженням, а на плоскому (циліндровому) дзеркалі в центральній частині розміщена обмежена по ширині періодична структура. (У оротрона періодична структура покриває всю поверхню плоского дзеркала півсферичного ВР, а циліндрові дзеркала не використовуються зовсім.) Електронна гармата формує стрічковий електронний пучок з початковою швидкістю електронів ve, який потім рухається поблизу періодичної структури і утримується від розпадання подовжнім магнітним полем.
Рисунок 18.Схема електродинамічної системи ГДИ (а) та взаємне розташування дисперсійних характеристик режимів «ГДВ» та «ЛЗХ»
Умова випромінювання для швидких хвиль, що виникають при дифракції власного поля електронів пучка на періодичній структурі, має вид:
де λ – довжина хвилі випромінювання, l – період структури, m = 1, 2, 3 – номер гармоніки швидких хвиль, с–швидкість світла, φ – кут дифракційного випромінювання (рис. 18а).
Для малих кутів дифракційного випромінювання (φ ≈ 0 и φ ≈ π), що генеруються пучком з попередньої модуляцією по щільності на частоті ωmod = 2πc/λ, швидкість пучка повинна складати
Так як кутовий спектр плоских хвиль, що утворюють гаусівське розподілення власного коливання відкритого резонатора, сконцентрований поблизу вісі резонатора, то для ефективної живлення резонансного коливання в ГДВ кут дифракційного випромінювання електронного пучка повинен складати φ ≈π/2.
При цьому швидкість електронного пучка повинна задовольняти наступному співвідношенню:
Для збудження коливань в ГДВ необхідне виконання умов так званого «потрійного» резонансу:
а) «часовий» резонанс – частота «випадкової» модуляції щільності електронного пучка (або її гармоніка) повинна збігатися з частотою власного s- коливання у ВР nωmod = ωs;
б) «просторовий» резонанс – кут дифракційного випромінювання повинен відповідати одному з максимумів в кутовому спектрі плоских хвиль, створених s-коливанняу ВР (наприклад, φ ≈π/2);
в) резонанс швидкостей або фазовий синхронізм – швидкість електронного пучка (точніше швидкість повільної хвилі просторового заряду в пучку) повинна дорівнювати фазовій швидкості одній з повільних просторових гармонік електричного поля s- коливання, зосередженого поблизу періодичної структури.
Для встановлення моменту самозбудження ГДВ, що характеризується перевищенням потужності дифракційного випромінювання над потужністю втрат у ВР, зазвичай використовують параметр «стартового» струму електронного пучка Ist.
Слід зазначити, що саме наявність «потрійного» резонансу у фізичному принципі дії ГДВ, а також розміщення вузла зв'язку далеко від електронного пучка, забезпечує високу якість вихідного сигналу – високу короткочасну стабільність частоти, вузьку ширину спектральної лінії і низький рівень шумів.
Дата добавления: 2015-10-21; просмотров: 695;