Multiple three-wawe resonances in two-stream free-electron laser with a helical electron beam

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorLysenko, O. V.
dc.contributor.authorVolk, J. J.
dc.contributor.authorSerozhko, A. S.
dc.contributor.authorRybalko, O. O.
dc.date.accessioned2020-11-19T14:22:09Z
dc.date.available2020-11-19T14:22:09Z
dc.date.issued2018
dc.description.abstractenBackground. A powerful terahertz radiation sources creation is one of the perspective tendencies in relativistic plasma electronics. Nowadays there are few devices able to create powerful radiation in millimeter-infrared waveband (even in the part of this band). Therefore, theoretical research of novel powerful terahertz radiation sources, that are also characterized by broad frequency spectrum, is an actual problem. Objective. The aim of the paper is a study of the influence of multiple three-wave resonant interactions in the klystron type two-stream superheterodyne free-electron laser (TSFEL) with helical electron beam on the forming effectiveness of the powerful waves with broad frequency spectrum. Methods. In order to theoretically analyze multiple resonances of wave harmonics, as initial, we use quasihydrodynamic equation, the continuity equation and Maxwell’s equations. We apply the hierarchic approach to the theory of oscillations and waves to the equations of motion and continuity, Maxwell’s equations are solved by means of the slowly varying amplitude method. As a result, we derive a system of differential equations for complex amplitudes of SCW electric field strength harmonics which we analyze by standard methods. Results. It was shown that in the two-stream superheterodyne FELs, utilizing the two-stream instability in helical electron beams as an additional electromagnetic wave amplification mechanism, the powerful multiharmonic space charge wave with broad frequency spectrum forms due to multiple resonant interactions. The spectrum width of such wave is larger compared to the spectrum width in TSFELs utilizing straight electron beams. It is also found out that amplification rates in such TSFELs are higher. Conclusions. An application of helical electron beams in multiharmonic TSFELs using multiple resonant interactions leads to the improvement of their amplification characteristics, frequency spectrum widening in multiharmonic signal generation mode, and to overall geometric dimensions decreasing compared to TSFELs utilizing straight beams.uk
dc.description.abstractruПроблематика. Создание источников мощного терагерцового излучения является одним из перспективных направлений развития релятивистской плазменной электроники. На данный момент устройств, способных создавать мощное излучение в миллиметровом-инфракрасном диапазоне (даже в части данного диапазона), существует достаточно мало. Поэтому, теоретические исследования новых источников мощного терагерцового излучения, характеризующихся также широким частотным спектром, являются задачей актуальной. Цель исследований. Изучение влияния множественных трёхволновых резонансных взаимодействий в двухпотоковом супергетеродинном лазере на свободных электронах (ДСЛСЭ) клистронного типа с винтовыми электронными пучками на эффективность формирования мощных волн с широким частотным спектром. Методика реализации. Для теоретического анализа множественных резонансов гармоник волн в качестве исходных используем квазигидродинамическое уравнение, уравнение непрерывности и уравнения Максвелла. К уравнениям движения и непрерывности применяем иерархический подход к теории колебаний и волн, к уравнениям Максвелла – метод медленно меняющихся амплитуд. В результате получаем кубическую нелинейную систему дифференциальных уравнений для комплексных амплитуд гармоник напряженности электричесокго поля волны пространственного заряда, которую изучаем стандартными методами. Результаты исследований. Показано, что в двухпотоковых супергетеродинных ЛСЭ, использующих двухпотоковую неустойчивость в винтовых электронных пучках в качестве дополнительного механизма усиления электромагнитных волн, благодаря множественным резонансным взаимодействиям формируется мощная мультигармоническая волна пространственного заряда с широким частотным спектром. Ширина спектра такой волны является большей по сравнению с шириной спектра в ДСЛСЭ, использующих прямолинейные электронные пучки. Также выяснено, что темпы усиления в таких ДСЛСЭ являются большими. Выводы. Применение винтовых электронных пучков в мультигармонических ДСЛСЭ, использующих множественные резонансные взаимодействия, приводит к увеличению их усилительных характеристик, ширины частотного спектра в режиме генерации мультигармонического сигнала, а также уменьшению габаритов по сравнению с ДСЛСЭ, использующими прямолинейные пучки.uk
dc.description.abstractukПроблематика. Створення джерел потужного терагерцового випромінювання є одним з перспективних напрямків розвитку релятивістської плазмової електроніки. На цей час пристроїв, які здатні створювати потужне випромінювання в міліметровому – інфрачервоному діапазоні (навіть у частині цього діапазону), є досить мало. Тому теоретичні дослідження нових джерел потужного терагерцового випромінювання, які також характеризуються широким частотним спектром є задачею актуальною. Мета досліджень. Вивчення впливу множинних трихвильових резонансних взаємодій у двопотоковому супергетеродинному лазері на вільних електронах (ДСЛВЕ) клістронного типу з гвинтовими електронними пучками на ефективність формування потужних хвиль з широким частотним спектром. Методика реалізації. Для теоретичного аналізу множинних резонансів гармонік хвиль як вихідні використовуємо квазігідродинамічне рівняння, рівняння неперервності й рівняння Максвелла. До рівнянь руху та неперервності застосовуємо ієрархічний підхід у теорії коливань і хвиль, до рівнянь Максвела – метод повільно змінних амплітуд. У підсумку отримуємо кубічну нелінійну систему диференціальних рівнянь для комплексних амплітуд гармонік напруженості електричного поля, яку досліджуємо стандартними методами. Результати досліджень. Показано, що в двопотокових супергетеродинних ЛВЕ, які використовують двопотокову нестійкість у гвинтових електронних пучках як додатковий механізм підсилення електромагнітних хвиль, завдяки множинним резонасним взаємодіям формується потужна мультигармонiчна хвиля просторового заряду із широким частотним спектром. Ширина спектру такої хвилі є більшою порівняно з шириною спектра у ДСЛВЕ, які використовують прямолінійні електронні пучки. Також з’ясовано, що темпи підсилення хвиль у таких ДСЛВЕ є більшими. Висновки. Застосування гвинтових електронних пучків у мультигармонічних ДСЛВЕ, які використовують множинні резонансні взаємодії, призводить до збільшення їх підсилювальних характеристик, ширини частотного спектра в режимі генерації мультигармонічного сигналу, а також зменшення габаритів порівняно із ДСЛВЕ, які використовують прямолінійні пучки.uk
dc.format.pagerangePp. 58-64uk
dc.identifier.citationMultiple three-wawe resonances in two-stream free-electron laser with a helical electron beam / O. V. Lysenko, J. J. Volk, A. S. Serozhko, O. O. Rybalko // Information and telecommunication sciences : international research journal. – 2018. – Vol. 9, N. 1(16). – Pp. 58–64. – Bibliogr.: 9 ref.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/2411-2976.12018.58-64
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/37513
dc.language.isoenuk
dc.publisherNational Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”uk
dc.publisher.placeKyivuk
dc.sourceInformation and telecommunication sciences : international research journal, 2018, Vol. 9, N. 1(16)uk
dc.subjecttwo-stream superheterodyne free-electron laseruk
dc.subjecttwo-stream instabilityuk
dc.subjecthelical electron beamsuk
dc.subjectthree-wave resonancesuk
dc.subjectдвопотокові супергетеродинні лазери на вільних електронахuk
dc.subjectдвопотокова нестійкістьuk
dc.subjectгвинтові електронні пучкиuk
dc.subjectтрихвильові резонансиuk
dc.subject.udc621.375.7uk
dc.titleMultiple three-wawe resonances in two-stream free-electron laser with a helical electron beamuk
dc.title.alternativeМножинні трихвильові резонанси в двопотоковому ЛВЕ-клістроні із гвинтовим електронним пучкомuk
dc.title.alternativeМножественные трёхволновые резонансы в двухпотоковом ЛСЭ-клистроне с винтовым электронным пучкомuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
ITS2018_9-1_p58-64.pdf
Розмір:
359.2 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Information and telecommunication sciences: international research journal, Vol. 9, N. 1(16)