Построена кубически-нелинейная теория мультигармонических взаимодействий волн в плазменно-пучковом супергетеродинном лазере на свободных электронах с винтовым электронным пучком. В качестве накачки использована замедленная электромагнитная волна, распространяющаяся в замагниченной плазменно-пучковой системе. Выяснены уровни и механизмы насыщения для различных режимов работы. Показано, что учет множественных параметрических взаимодействий гармоник волны пространственного заряда приводит к уменьшению уровня насыщения сигнала в два и более раз. Определен режим работы, в котором сигнал имеет наиболее высокий уровень насыщения. Продемонстрирована возможность использования таких устройств в качестве источника мощного электромагнитного излучения в миллиметровом диапазоне длин волн.
The cubic-nonlinear theory of wave multiharmonic interactions in plasma-beam superheterodyne free electron lasers with a helical electron beam has been constructed. The slow electromagnetic wave propagating in a magnetized plasma-beam system is used as a pump. The saturation levels and mechanisms have been found for different operating modes. We have shown that the saturation level of the signal decreases in two and more times by taking into account multiple parametric interactions of space charge wave harmonics. We have found the operation mode when the signal wave has the highest level of saturation. We have shown the possibility of using such devices as a source of powerful electromagnetic radiation in the millimeter wavelength range.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- eLIBRARY ID
- 24397447
В работе построена кубическая нелинейная теория мультигармонических взаимодействий волн в плазменно-пучковом СЛСЭ с винтовым электронным пучком. В качестве накачки использована замедленная электромагнитная волна, распространяющаяся в замагниченной плазменнопучковой системе навстречу электронному пучку. Произведен учет множественных параметрических резонансных взаимодействий гармоник волны пространственного заряда. Выяснено, что такие резонансные взаимодействия играют существенную роль, в частности, приводят к уменьшению уровня насыщения сигнала в два и более раз. Для четырех режимов работы прибора определены уровни насыщения. Показано, что наиболее высоким уровнем насыщения электромагнитного сигнала обладает режим работы, при котором происходит усиление необыкновенной циркулярно-поляризованной электромагнитной волны сигнала (режим взаимодействия D). Уровень насыщения сигнала в этом режиме работы превышает уровни насыщения в других режимах в два и более раз. Показано, что насыщение в исследуемом устройстве во всех режимах происходит из-за захвата электронов пучка плазменными волнами. Выяснено, темп усиления электромагнитного сигнала с увеличением угла влета электронного пучка увеличивается, что определяется возрастанием инкремента нарастания плазменно-пучковой неустойчивости в связи с уменьшением продольной энергии электронов. Показано, что уровень насыщения электромагнитного сигнала при различных углах влета электронного пучка по отношению к продольному магнитному полю незначительно уменьшается. Продемонстрирована перспективность использования плазменно-пучковых СЛСЭ с винтовыми электронными пучками в качестве мощного источника электромагнитного излучения в миллиметровом диапазоне длин волн.
Список литературы
1. Kulish V. V. Hierarchic electrodynamics and free electron lasers. — Boca Raton, London, New York: CRC Press, 2011.
2. Kuzelev М. V., Ruhadze A. A., Strelkov P. S. The relativistic plasma SHF electronics. — Moscow: Bauman МSТU, 2002 [in Russian].
3. Booske J. H., Dobbs R. J., Joye C. D., et al. // IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 2011. V. 1. No. 1. P. 54.
4. Mohsenpour T., Mehrabi N. // Phys. Plasmas. 2013. V. 20. No. 8. P. 082133.
5. Saviz S., Rezaei Z., Farzin Z., et al. // Chinese Physics B. 2012. V. 21. No. 9. P. 094103.
6. Liu W., Yang Z., Liang Z. // Int. J. Infrared Millim. Waves. 2006. V. 27. P. 1073.
7. Mahdizadeh N., Aghamir F.M. // J. Appl. Phys. 2013. V. 113. P. 083305(5).
8. Saviz S., Karimi M. // Chin. Phys. B. 2014. V. 23. No. 3. P. 034103(5)
9. McNeil B. W. J., Robb G. R. M. // Phys. Rev. E. 2004. V. 70. P 035501.
10. Mehdian H., Abbasi N. // Phys. Plasmas. 2008. V. 15. P. 013111.
11. Rose D. V., Genoni T. C., Welch D. R., et al. // Phys. Rev. ST Accel. Beams. 2007. V. 10. P. 034203.
12. Kulish V. V., Lysenko A. V., Rombovsky M. Yu. // Plasma Physics Reports. 2010. V. 36. No. 7. P. 594.
13. Kulish V. V., Lysenko A. V., Oleksiienko G. A., et al. // Prikladnaya Fizika (Applied Physics). 2014. No. 5. P. 24.
14. Kulish V. V., Lysenko A. V., Oleksiienko G. A., et al. // Acta Physica Polonica A. 2014. V. 126. No. 6. P. 1263.
15. Kulish V. V., Lysenko A. V., Koval V. V. // Plasma Physics Reports. 2010. V. 36. No. 13. P. 1185.
16. Kulish V. V., Lysenko A. V., Brusnik A. Ju. // J. Infrared Millimeter Terahertz Waves. 2012. V. 33. No. 2. P. 149.
1. V. V. Kulish, Hierarchic electrodynamics and free electron lasers (Boca Raton, London, New York: CRC Press, 2011).
2. М. V. Kuzelev, A. A. Ruhadze, and P. S. Strelkov, The relativistic plasma SHF electronics (Moscow: Bauman МSТU, 2002) [in Russian].
3. J. H. Booske, R. J. Dobbs, C. D. Joye, et al., IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 1, 54 (2011).
4. T. Mohsenpour and N. Mehrabi, Phys. Plasmas 20, 082133 (2013).
5. S. Saviz, Z. Rezaei, Z. Farzin, et al., Chinese Physics B. 21, 094103 (2012).
6. W. Liu, Z. Yang, and Liang, Int. J. Infrared Millim. Waves 27, 1073 (2006).
7. N. Mahdizadeh and F. M. Aghamir, J. Appl. Phys. 113, 083305(5) (2013).
8. S. Saviz and M. Karimi, Chin. Phys. B. 23, 034103(5) (2014).
9. B. W. J. McNeil and G. R. M. Robb, Phys. Rev. E. 70, 035501 (2004).
10. H. Mehdian and N. Abbasi, Phys. Plasmas 15, 013111 (2008).
11. D. V. Rose, T. C. Genoni, D. R. Welch, et al., Phys. Rev. ST Accel. Beams 10, 034203 (2007).
12. V. V. Kulish, A. V. Lysenko, and M. Yu. Rombovsky, Plasma Physics Reports 36, 594 (2010).
13. V. V. Kulish, A. V. Lysenko, G. A. Oleksiienko, et al., Prikladnaya Fizika (Applied Physics), No. 5, 24 (2014).
14. V. V. Kulish, A. V. Lysenko, G. A. Oleksiienko, et al., Acta Physica Polonica A. 126, 1263 (2014).
15. V. V. Kulish, A. V. Lysenko, and V. V. Koval, Plasma Physics Reports 36, 1185 (2010).
16. V. V. Kulish, A. V. Lysenko, and A. Ju. Brusnik, J. Infrared Millimeter Terahertz Waves. 33, 149 (2012).
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ОБЩАЯ ФИЗИКА
Холоднов В. А., Бурлаков И. Д., Другова А. А. О возможности уменьшения пороговой энергии Ожегенерации электронно-дырочных пар в полупроводниках при двухчастичных столкновениях за счет отклонения от прямозонности 423
Акаткин О. А., Кулиш О. А., Петрова О. В. Модель для прогноза распределений поглощенных доз вдоль осевых лучей пучков гамма-фотонов в облучаемой низкоатомной среде 428
Охрем В. Г. О возможности создания холодильников на объёмных эффектах Пельтье и Бриджмена 432
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Кулиш В. В., Лысенко А. В., Алексеенко Г. А. Мультигармонические взаимодействия волн в плазменно-пучковых супергетеродинных ЛСЭ с винтовыми электронными пучками 438
Майоров С. А., Голятина Р. И., Коданова С. К., Рамазанов Т. С. Угловое и энергетическое распределение ионов на поверхности мишени в газовом разряде 447
Франк А. Г., Кирий Н. П. Экспериментальные исследования магнитной структуры и динамики плазмы в токовых слоях (обзор) 454
Высикайло Ф. И. Периферийные кулоновские силы, классические и квантовые мембраны, фокусирующие плазмоиды (обзор) 471
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Скребнева П. С., Никонов А. В., Яковлева Н. И., Пономаренко В. П. Анализ оптических параметров эпитаксиальных слоев и многослойных гетероструктур на основе InGaAsP/InP 481
Васильев В. Н., Дмитриев И. Ю., Дражников Б. Н., Козлов К. В., Кузнецов П. А., Соляков В. Н., Пономаренко В. П. Сравнительный анализ методов измерения параметров ФПУ с режимом ВЗН 486
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Новиковский Н. М., Разномазов В. М., Величко Ю. И., Сарычев Д. А., Лосев В. Н., Полуянова Г. И. Метод микроэлементного кодирования как способ защиты от контрафакта 496
ПЕРСОНАЛИИ
Вспоминая об академике Ю. К. Пожеле 503
ИНФОРМАЦИЯ
12-й Всероссийский семинар «Проблемы теоретической и прикладной электронной и ионной оптики» 505
XLIII Международная Звенигородская конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу 506
Правила для авторов 509
C O N T E N T S
GENERAL PHYSICS
V. A. Kholodnov, I. D. Burlakov, and A. A. Drugova About possibility of decrease of the threshold energy for Auger generation of electron-hole pairs in the direct-gap semiconductors at pair collisions at the cost of deviation from direct-band of the semiconductor 423
O. A. Akatkin, O. A. Culish, and O. V. Petrova Model for the forecast of distributions for absorbed doses of the -photon beams along axial rays in irradiated low atomic number medium 428
V. G. Okhrem Possibility of creation of a refrigerator on base of the Peltier and Bridgman volume effects 432
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
V. V. Kulish, A. V. Lysenko, and G. A. Oleksiienko Multiharmonic interaction of waves in plasma-beam superheterodyne FELs with helical electron beams 438
S. A. Maiorov, R. I. Golyatina, S. K. Kodanova, and T. S. Ramazanov Angular and energy distributions of ions on the target surface in a gas discharge 447
A. G. Frank and N. P. Kyrie Experimental investigations of magnetic structure and plasma dynamics in current sheets (a review) 454
P. I. Vysikaylo Longrange Coulomb potentials, classical and quantum E-membranes, focusing plasmoids (a review) 471
PHOTOELECTRONICS
P. S. Skrebneva, A. V. Nikonov, N. I. Iakovleva, and V. P. Ponomarenko Optical parameters of the In-GaAsP/InP epitaxial layers and heteroepitaxial structures 481
V. N. Vasil’ev, I. Yu. Dmitriev, B. N. Drazhnikov, K. V. Kozlov, P. A. Kuznetsov, V. N. Solyakov, and V. P. Ponomarenko A comparative analysis of methods for measuring the parameters of photodetectors with the regime of time-delay and accumulation 486
PHYSICAL EQUIPMENT AND ITS ELEMENTS
N. M. Novikovskii, V. M. Raznomazov, Yu. I. Velichko, D. A. Sarychev, V. N. Losev, and G. I. Poluyanova Microelement coding as a way of protection against the counterfeit 496
PERSONALIA
Remembering about Academician Yu. K. Pozhela 503
INFORMATION
12th All-Russian Seminar on Problems of the Electron and Ion Optics 505
XLIII International Zvenigorod Conference on Plasma Physics and Controlled Thermonuclear Fu-sion 506 Rules for authors 509
Другие статьи выпуска
В работе рассматривается возможность применения рентгенофлуоресцентного анализа в качестве способа защиты товаров, материалов и продуктов питания от подделки. Приводятся следующие данные: методика введения микроколичеств металлов в лакокрасочные материалы, применяемые при производстве этикеток в качестве химических меток, и способ их обнаружения, устройство рентгенофлуоресцентного спектрометра, предназначенного для идентификации химических меток, а также способ кодирования информации на основе системы создания штриховых кодов EAN-13 (European Article Number). Обозначены проблемы и преимущества применения такого способа кодирования и рентгенофлуоресцентного анализа в качестве метода защиты изделий и товаров от подделок.
В данной работе рассмотрены два метода исследования многорядного фотоприемного устройства (ФПУ) с режимом временной задержки и накопления (ВЗН), предназначенного для регистрации точечных источников оптического излучения. Первый метод предполагает использование оптико-механической системы сканирования, а также имитатора излучения целевого объекта, второй — равномерную засветку матрицы фоточувствительных элементов (МФЧЭ) модулированным излучением абсолютно черного тела (АЧТ). Представлена математическая модель ВЗН-ФПУ, позволившая оценить влияние таких факторов, как закон распределения чувствительности по площади ФЧЭ, форму пеленгационной характеристики, передаточную функцию электронного тракта и др., на значения параметров ФПУ. Произведено сравнение экспериментальных и теоретических результатов. Показано, что значения пороговых характеристик, рассчитанных по каждому из методов, совпадают c учетом значения найденного коэффициента пересчета.
Разработана модель диэлектрической проницаемости для полупроводников со структурой цинковой обманки. Проведен расчет и построены модели показателя преломления и коэффициента поглощения гетероэпитаксиальных слоев соединений группы AIIIBV в расширенном диапазоне энергии излучения, а именно, 0,4—6,0 эВ.
В обзоре показано, что процесс выравнивания длин волн де Бройля заряженных частиц с разными массами приводит к образованию электронной е-мембраны (динамической электронной оболочки, стягивающей плазмоид в единое целое) и ряду кумулятивнодиссипативных поляризационных размерных (классических и квантовых) эффектов в самоорганизующихся плазмоидах. Рассчитаны коэффициенты всестороннего сжатия плазмоидов для различных условий. При локальном разрушении е-мембраны части ионных решёток вылетают из самофокусирующегося плазмоида. Так происходит размножение плазмоидов.
На основе измерения магнитных полей токовых слоев определены пространственные распределения электрического тока и электродинамических сил на последовательных стадиях эволюции слоя. Обнаружены два новых эффекта, которые проявляются преимущественно на поздних стадиях эволюции токовых слоев, а именно, расширение области протекания тока в периферийных областях слоя и появление обратных токов, область протекания которых постепенно расширяется от периферии к центру слоя. Спектроскопическими методами обнаружена и исследована генерация сверхтепловых потоков плазмы, которые ускоряются вдоль ширины слоя, от центра к периферийным областям. Измеренные энергии ускоренных ионов плазмы, в основном, согласуются с силами Ампера в токовых слоях, которые определялись на основе магнитных измерений. Возбуждение токов обратного направления является дополнительным подтверждением движения высокоскоростных потоков плазмы от центра токового слоя к его боковым краям.
В работе представлены результаты расчетов методом Монте-Карло транспортных характеристик ионов, пересекающих поверхность мишени. Основное внимание уделено угловому и энергетическому распределению ионов и отличию в распределениях средних по объему и средних по потоку на поверхность мишени.
Рассмотрены возможности создания холодильников, работающих на объёмных эффектах Пельтье и Бриджмена. Показано, что при наличии термоэлектрика с линейной зависимостью термоЭДС от координат, возможно создание холодильного элемента на основе объёмного эффекта Пельтье. Для создания холодильного элемента на основе эффекта Бриджмена возможно использование известных анизотропных термоэлектриков.
Разработана модель для прогноза распределений поглощенных доз вдоль осевых лучей пучков гамма-фотонов в облучаемой низкоатомной среде на основе решений обыкновенных линейных дифференциальных уравнений первого порядка при их параметризации по данным измерений.
Проанализирован характер зависимости пороговой энергии ударной генерации электроннодырочных пар в полупроводниках при двух частичных столкновениях от степени непрямозонности полупроводника. Показано, что эта зависимость ассиметрична и немонотонна относительно взаимного импульсного расположения зоны проводимости и валентной зоны, причем минимальная пороговая энергия меньше, чем в прямозонном полупроводнике.
Издательство
- Издательство
- АО "НПО "ОРИОН"
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- Юр. адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- ФИО
- Старцев Вадим Валерьевич (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- orion@orion-ir.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 3749400