Горяшко Віталій Олександрович. Динаміка електронів та підсилення в планарному мазері на вільних електронах в режимі магнітостатичного резонансу : Дис... канд. наук: 01.04.04 - 2008.
Анотація до роботи:
Горяшко В.О. Динаміка електронів та підсилення в планарному мазері на вільних електронах в режимі магнітостатичного резонансу. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.04 – фізична електроніка. – Інститут радіофізики та електроніки ім. О.Я. Усикова НАН України, Харків, 2008.
Теоретично досліджено режим підсилення монохроматичного сигналу в гібридному планарному МВЕ в умовах близьких до магнітостатичного резонансу. Запропоновано теоретичну модель МВЕ, яка враховує не тільки потенційну, а й вихрову частину ППЗ. Аналітично отримано траєкторії і нормальні частоти руху електрона в магнітостатичному полі накачки з таким ступенем точності, що дозволяє дослідити перекачування кінетичної енергії руху електрона з повздовжнього степеня вільності в поперечно-коливальні степені вільності в околі магнітостатичного резонансу; аналітично отримано умову стохастизації руху електрона в полі накачки. Знайдені дисперсійні рівняння МВЕ для ондуляторного та гібридного синхронізмів з урахуванням нормальних ондуляторної та циклотронної частот. Встановлено, що в області регулярних траєкторій лінійний коефіцієнт підсилення досягає максимального значення в околі магнітостатичного резонансу, і у випадку ондуляторного синхронізму вельми слабо залежить від амплітуди поля ондулятора та довжини підсилювальної хвилі, що дозволяє здійснювати перестройку за частотою. З’ясовано, що у випадку гібридного синхронізму максимум взаємодії досягається в максимумі градієнта хвилі, що практично дозволяє використовувати два електронних пучки для підвищення ККД. Встановлено, що вихрове ППЗ послаблює дефокусуючий вплив потенційного ППЗ на групування електронного пучка. З’ясовано, що ППЗ слабко впливає на ефективність підсилення, якщо параметри взаємодії електронного пучка з ВЧ полем відповідають режиму роботи МВЕ поблизу магнітостатичного резонансу, але в той же час ППЗ сильно зменшує ефективність (у кілька разів) при режимі роботи вдалині від магнітостатичного резонансу.
В дисертації розв’язано важливу задачу в області сучасної фізичної електроніки, пов’язану з теоретичним дослідженням режиму підсилення монохроматичного сигналу в гібридному планарному МВЕ в умовах, близьких до магнітостатичного резонансу. Отримано нові фундаментальні результати щодо динаміки електронів в неоднорідному магнітному полі накачки і взаємодії електронного пучка з високочастотним полем. Основними результатами дисертаційної роботи є такі:
Представлено теоретичну модель МВЕ, в межах якої враховується не тільки потенційна, а й вихрова частина ППЗ. Для розрахунку останньої запропоновано наближений метод, суть якого полягає в апроксимації нескінченного набору закритичних хвиль квазістатичними електричним та магнітним полями.
Аналітично отримано траєкторії та частоти руху електрона в полі накачки гібридного планарного МВЕ. Досліджено перетікання кінетичної енергії між степенями вільності в околі магнітостатичного резонансу. З’ясовано, що максимальна енергія поперечних коливань електрона не може перевищувати 30% від початкової кінетичної енергії при умові збереження регулярної динаміки.
Аналітично отримано наближену умову стохастизації руху електрона в полі накачки. Згідно з цією умовою динаміка стає хаотичною, якщо різниця власних частот менша за величину зв’язку, що створюється полем ондулятора. Отримана умова стохастизації знаходиться у доброму кількісному погодженні з прямим чисельним розрахунком.
Знайдені дисперсійні рівняння гібридного планарного МВЕ для ондуляторного та гібридного синхронізмів з урахуванням нормальних ондуляторної та циклотронної частот. Встановлено, що в області регулярних траєкторій лінійний коефіцієнт підсилення досягає максимального значення в околі магнітостатичного резонансу і у випадку ондуляторного синхронізму досить слабо залежить від амплітуди поля ондулятора та довжини підсилювальної хвилі, що дозволяє здійснювати перестроювання за частотою. З’ясовано, що у випадку гібридного синхронізму максимум взаємодії досягається в максимумі градієнта хвилі, що практично дозволяє використовувати два електронних пучки для підвищення ККД.
Аналітично і чисельно досліджено вплив потенційного й вихрового ППЗ на динаміку гібридного планарного МВЕ-підсилювача. Встановлено, що вихрове ППЗ послаблює дефокусуючий вплив потенційного ППЗ на групування електронного пучка. Також встановлено, що ППЗ слабко впливає на ефективність підсилення, якщо параметри взаємодії електронного пучка з ВЧ полем відповідають режиму роботи гібридного планарного МВЕ поблизу магнітостатичного резонансу, але в той же час ППЗ сильно (у кілька разів) зменшує ефективність при режимі роботи вдалині від магнітостатичного резонансу.
Публікації автора:
Ilyenko K.V. Theoretical model and experimental observation of resonance generation of free electron laser / K.V. Ilyenko, B.P. Yefimov, T.Yu. Yatsenko, V.A. Goryashko // Telecomm. Radio Eng. – 2004. –Vol. 61, №. 3. – P. 243–255.
Горяшко В.О. Умови синхронізму в гібридному убітроні / В.О. Горяшко, К.В. Ільєнко, Б.П. Єфімов // Науковий вісник Ужгородського університету, Серія Фізика. – 2005. –Т 17. – С. 124–130.
Горяшко В.О. Хвилеводний лазер на вільних електронах / В.О. Горяшко, К.В. Ільєнко // Вісник Львівського університету, Серія фізична. – 2006. – Т. 39. – С. 201–215.
Goryashko V.A. Renormalized resonant conditions for a hybrid weakly-relativistic waveguide free-electron laser / V.A. Goryashko, K.V. Ilyenko, A.N. Opanasenko // Telecomm. Radio Eng. – 2006. – Vol. 65, № 11. – P. 991–1003.
Горяшко В.А. Дисперсионное уравнение гибридного планарного убитрона / В.А. Горяшко, К.В. Ильенко, А.Н. Опанасенко // Радиофизика и электроника: сб. науч. трудов Института радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова НАН Украины. – 2006.– Т. 11, № 3. – С. 440–446.
Горяшко В.О. Мазер на вільних електронах: режим магнітостатичного резонансу / В.О. Горяшко, К.В. Ільєнко // Науковий вісник Ужгородського університету, Серія Фізика. – 2007. – Т. 21. – С. 145–150.
Горяшко В.А. Уточненная линейная теория планарного убитрона / В.А. Горяшко, Б.П. Ефимов, К.В. Ильенко, А.Н. Опанасенко // Демидовская конференция «Фундаментальные и прикладные проблемы современной физики»: международ. науч. конф., 25-28 февр. 2006 г.: тезисы докл. – Москва, 2006. – С. 53–54.
Горяшко В.А. Численный анализ убитрона в режиме магнитостатического резонанса / В.А. Горяшко, К.В. Ильенко // Радиофизика и СВЧ электроника: VI Харьковская конференция молодых учених, 13-15 дек. 2006 г.: тезисы докл.– Харьков, 2006. – С. 20
Горяшко В.А. Магнитостатический резонанс в планарном гибридном убитроне / В.А. Горяшко, К.В. Ильенко // Всеросийский семинар по радиофизике миллиметровых и субмиллиметровых волн: науч. конф., 4-7 марта 2007 г.: тезисы докл. – Нижний Новгород, 2007. – С. 27.
Горяшко В.О. Магнітостатичний резонанс в убітроні з гібридним синхронізмом / В.О. Горяшко, К.В. Ільєнко, А.М. Опанасенко // ІЕФ–2007: конференція молодих учених і аспірантів, 18-21 травня 2007 р.: тезиси доп. – Ужгород, 2007. – С. 105.
Goryashko V.A. Ubitron under magnetostatic resonance regime / V.A. Goryashko, K.V. Ilyenko // Sixth International Kharkov Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves and Workshop on Terahertz Technologies: Internat. conf., 25-30 June 2007: Conf. Proceedings – Kharkov, 2007. – vol. 2. – P. 541–543.
Горяшко В.А. Адиабатические инварианты движения в мазере на свободных електронах / В.А. Горяшко, К.В. Ильенко // Радиофизика и СВЧ электроника: VII Харьковская конференция молодых учених, 12-14 дек. 2007 г.: тезисы докл.– Харьков, 2007. – С. 57
