Статья: Разработка вычислительных методов и пакета прикладных программ для моделирования электронно-лучевых технологических установок (1998)

Матричное уравнение типа Рикатти позволяет расcчитывать изменение параметров трехмерного волнового пакета гауссового типа при его движении во внешнем, достаточно слабо меняющемся в пространстве, потенциале. В работе показано, что одномерный аналог этого уравнения описывает динамику параметров одномерного волнового пакета не только определяемого гауссовой волновой функцией, соответствующей координатному представлению когерентного (а в частности — основного) состояния квантового гармонического осциллятора, но и волновой функцией, получаемой умножением гауссовой функции на полином Эрмита n-й степени, что соответствует волновой функции осциллятора в стационарном состоянии с главным квантовым числом n. Отметим, что если осциллятор находится в когерентном состоянии, но при этом ширина гауссового волнового пакета осциллирует, то вместо термина “когерентное состояние” часто употребляют термин “сжатое состояние“. Таким образом, сделано обобщение когерентного (сжатого) состояния осциллятора. В случае квадратичного потенциала это уравнение проинтегрировано аналитически. Получены зависимости от времени параметра, определяющего размеры пакета, для отталкивающего и притягивающего квадратичных потенциалов, а также для случая однородного поля. Выведено несколько полезных соотношений.

Излагается и развивается альтернативный подход к теории фотоотсчетов. Исследуется механизм обострения электронной плотности при разлете многоэлектронных пакетов. Возникновение неоднородностей должно инициировать распад многоэлектронной системы на слаболокализованные одноэлектронные образования. Показано, что межэлектронное кулоновское взаимодействие приводит к обострению и локализации таких одноэлектронных образований. Показано, что при движении в однородном поле в вакуумных фотодетекторах размеры таких одноэлектронных пакетов должны быть порядка и больше 1 мк. Показано, что подобные локализованные заряды наводят резкие импульсы тока во внешней цепи фотодетектора. Обсуждаются вопросы связанные с определением параметров такого пакета по особенностям рассеяния на нем мощного лазерного импульса. Исследуется движение одноэлектронного волнового пакета в неоднородном поле отрицательно заряженного сферического электрода. Показано, что при рассеянии на таком электроде возможно расширение электронного пакета в поперечном направлении до макроскопических размеров. Предлагается эксперимент по наблюдению такого макроскопического пакета на экране покрытом люминофором.

На основе численной модели исследовано поведение электронных пакетов в субпикосекундных времяанализирующих ЭОП для различных начальных распределений фотоэлектронов по энергиям. Показано, что плотный неоднородный субпикосекундный электронный пакет, обладающий достаточно узким начальным энергетическим распределением, во время движения от эмиттера к отклоняющим пластинам или экрану стремится разделиться на два отдельных сгустка благодаря кулоновскому отталкиванию. Исследовано пространственное и временное уширение электронных пакетов, эмиттированных с фотокатода под воздействием сверхкоротких лазерных импульсов длительностью 60 фс, в зависимости от начальной плотности тока и энергетического разброса фотоэлектронов

В статье разработан алгоритм численного решения самосогласованной задачи расчета электронных пушек в прикатодной области методом итераций, свободный от каких-либо априорных предположений о характере формирования электронного пучка в прикатодной области. Разработанный алгоритм и построенная на его основе компьютерная программа обеспечивают устойчивое решение задачи для различных конфигураций катода (выпуклой, вогнутой и плоской) в различных режимах. В качестве теста получено хорошее соответствие между численными результатами и известным аналитическим решением для плоского одномерного диода. Исследованы особенности формирования электронного пучка вблизи краев эмиттера.

В последнее десятилетие получил развитие метод сверхбыстрой дифракции электронов, являющийся новым и перспективным методом исследования быстропротекающих фемтосекундных явлений. С точки зрения математического моделирования основной проблемой здесь являются расчет и обработка дифракционной картины, полученной от пикофемтосекундного электронного импульса, для чего необходимо решить прямую задачу дифракции реального фемтосекундного пучка на твердотельной и газообразной мишени

Третий Всероссийский семинар “Проблемы теоретической и прикладной электронной оптики” проходил 31 марта — 2 апреля 1998 года в пос. Отрадное Московской области. В работе семинара приняли участие 45 специалистов: научные сотрудники трех институтов Российской академии наук, шести научно-исследовательских институтов и государственных научных центров, представители Сумского производственного объединения “SELMI” и АО “Красногорский завод”, преподаватели и аспиранты восьми высших учебных заведений, а также известные специалисты из Сибирского отделения РАН, Нижегородского университета, Рязанского радиотехнического института.

На семинаре были представлены работы по трем научным направлениям:

теоретическая электронная оптика и компьютерное моделирование электронно-оптических систем;

электронно-оптические приборы, оборудование, электронно- и ионно-лучевые технологии;

физическая электроника