RU1809934C - Лазер на свободных электронах - Google Patents
Лазер на свободных электронахInfo
- Publication number
- RU1809934C RU1809934C SU4864869A RU1809934C RU 1809934 C RU1809934 C RU 1809934C SU 4864869 A SU4864869 A SU 4864869A RU 1809934 C RU1809934 C RU 1809934C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electron
- speed
- electron beam
- accelerator
- generator
- Prior art date
Links
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к электронной технике, в частности к генераторам и усилител м флуктуационных и когерентных колебаний . Цель изобретени - расширение рабочего диапазона частот электронного прибора и повышение устойчивости его работы при снижении веса и габаритов - достигаетс тем, что в лазере источник рел тивистского электронного пучка выполнен по схеме, обеспечивающей создание двухскоростного рел тивистского электронного потока. Достижение цели изобретени подтверждено расчетами. 3 ил.
Description
Изобретение относитс к электронной технике, в особенности, к генераторам и усилител м флуктуационных и когерентных колебаний, и может быть использовано как генератор шума в измерительно технике, а также в качестве технологического генератора электромагнитного излучени .
Цель изобретени - расширение рабочего диапазона частот электронного прибора и повышение устойчивости его работы при снижении веса и габаритов.
Поставленна цель достигаетс тем, что в электронном приборе, содержащем систему накачки, электродинамическую систему генерируемого (усиливаемого) сигнала, кол-, лектор электронов, согласно изобретению, источник рел тивистского электронного пучка выполнен по схеме, обеспечивающей создание двухскоростного (биэнергетично- го) электронного потока.
Выполнение источника рел тивистского электронного пучка по указанной схеме дает возможность использовать в устройстве в качестве рабочего механизма эффект двухпучкового супергетеродинного усилени электромагнитных волн.
На фиг. 1 изображена структурна электрическа сх ема электронного прибора (модификаци 1 - генератор флуктуационных .колебаний); на фиг. 2 - структурна электрическа схема электронного прибора (модификаци 2 - генератор когерентных колебаний); на фиг. 3 - компоновка прибора по модификации 2.
В качестве узлового элемента за вл емой конструкции, в том числе и устройства, представленного на фиг. 1, служит источник двухскоростного электронного пучка, который включает в себ электронные пушки 1 и 2, используемые как инжекторы дл ускорител 3. В качестве электронных пушек при- мен ют как электронно-оптические системы, на основе термо- либо фотоэмиссионных катодов, создающие прецизионные электронные пучки, так и ускорители пр мого действи на основе взрывных като00
о ю о
со
N
СлЭ
дов. Система накачки 4 может иметь многочисленные варианты схемного исполнени , как по типу используемого пол накачки, так и ее компоновки. Наиболее перспективны здесь стандартные магнитные ондул торы (в том числе и микроондул торы) и системы лазерной накачки, т.е. системы с накачкой периодически реверсивным магнитным полем либо полем электромагнитной волны. Система накачки имеет односекционную либо многосекционную компоновки. В последнем случае она содержит относительно короткие секции накачки, разделенные длинными пролетными промежутками. В генераторах { луктуационных колебаний од- носекционные конструкции системы накачки, однако, более предпочтительны. Электродинамическа система генерируемого сигнала 5 служит дл вывода генерируемого излучени частоты од из устройства (например, в форме цветного шума). Она выполнена в виде оптической либо квазиоптической линии. Дл повышени КПД прибора и уменьшени уровн тормозного рентгеновского излучени коллектор электронов 6 может иметь многоступенчатую схему исполнени и содержать деускори- тельную секцию, т.е. ускорительную секцию , работающую в режиме торможени электронного пучка. Деускоритель и ускоритель выполнены по одной из известных схем. Наиболее перспективны здесь линейные индукционные и электростатические типы конструкций-. Причем конструкци электронных пушек-инжекторов такова, что одна из них имеет в центральной части окно, через которое ввод т электронный пучок 7 таким образом, чтобы на выходе другой пушки он совместно с электронным пучком 8 образовывал бы двухскоростной электронный пучок 9.
Генератор когерентного электромагнитного излучени представлен на фиг. 2. В данном примере проиллюстрирована ина возможна конструктивна модификаци конструкции источника двухскоростного пучка. Здесь 1 и 2 - электронные односко- ростные ускорители с пушками-инжекторами , а 3 - система сведени двух односкоростных пучков в один двухскорост- ной. Устройство последнего типа широко используют в ускорительной технике. Система накачки 4 может иметь как одно- так и многосекционную конструкцию. Дл данного устройства наиболее перспективны двухсекционные конструкции пролётно- клистронного типа. Коллекторный узел может содержать устройство разделени электронных пучков по энерги м 5. аналогичное по принципу действи масс-спектрометрической системе. В этом случае токо- осаждение осуществл етс в двух коллекторах 6 и 7 соответственно. В представленном примере электродинамическа система сигнала 8 выполнена в виде резонатора Фаб- ри-Перо. При малых относительных раздвижках скоростей электронных пучков 9, 10 коллекторный узел может вместо системы разделени пучка 11 содержать одно
Q поворотное устройство и один коллектор. При замене последнего на оптическую линию конструкци может быть использована в качестве усилител когерентного электромагнитного излучени субмиллиметрового 5 видимого излучени .г
Пример конструкции генератора, выполненного по схеме, представленной на фиг. 2, приведен на фиг. 3. В качестве основы здесь выбрана установка компактного
0 лазера на свободных электронах, построенна в Калифорнийском университете, Санта-Барбаре (США). Модернизаци указанной известной установки произведена в соответствии с существом изобретени .
5 Здесь односкоростные электронные пушки 1, 2 используют в качестве инжекторов дл двух ускорительных трубок 3, 4 соответственно (два параллельных канала в электро- статическом ускорителе). Элементы 5, 6
0 используют дл транспортировки и поворотов каждого из односкоростных электронных пучков. В качестве системы накачки 7 использованы одно- либо двухсекционные микроондул торы (в последнем случае при5 менена описанна выше пролетно-клист- ронна схема системы накачки) на основе самарий-кобальтовых магнитов. Системы 8, 9 служат дл поворотов, транспортировки и деускорени (торможени ) отработанного
0 двухскоростного пучка, дл осаждени которого предусмотрен многоступенчатый коллектор 10, В данный блок узлов может быть введено устройство разделени электронных пучков по скорост м. В таком случае
5 конструкци содержит по две системы поворотов , транспортировки и деускорени , а также два коллектора. Весь электронно-оптический тракт рассчитан на прохождение двух электронных пучков с энергией 2 МэВ
0 и током 2 А каждый. Компрессию электронного пучка на входе системы накачки и транспортировку его через область взаимодействи электронного прибора осуществл ют .с помощью набора известных
5 электронно-фокусирующих систем (квадру- польных и секступольных линз, соленоидов и др.). Питание ускорительной и деускори- тельной трубок осуществл етс от генератора Ван-Дер-Граафа Н, питание диагностической аппаратуры, а также управл ющей аппаратуры в высоковольтной части установки - от генератора 12, привод щегос в движение гибким пластиковым валом 13, Электродинамическа система сигнала 14 выполнена в виде резонатора Фабри-Перо либо оптической линии. Электродвигатель 15 предназначен дл возвращени пластикового вала, соединенного с генератором. Лазерна часть электронного прибора с набором вспомогательных сие- тем размещена в объеме кондуктора 16, к которому подключен генератор- Ван-дер- Граафа. Весь объем установки, ограничен- ный танком 17, заполнен газом, обладающим высокой электрической проч- ностью, например, шестифтористой серой. Исключение составл ет лишь объем электронно-оптического тракта, где поддерживают высокий вакуум.
Устройство работает следующим обра- зом.
Рассмотрим конструктивный вариант, представленный на фиг. 1 (генератор флук- туационных колебаний). Двухскоростной электронный сильноточный пучок 9, сфор- .мированный из электронных пучков 7, 8, создаваемых двухскоростным инжектором 1, 2, поступает на вход ускорител 3, который в данной конструкции имеет достаточно высокий темп ускорени (не менее 3-5 МэВ/м). Преждевременное возбуждение двухпотоковой неустойчивости в пучке в процессе ускорени дл стандартной системы подавлено тем, что резонансна частота двухпотоковой неустойчивости здесь мен етс с ростом энергии пучка, так что случайна флуктуаци фиксированной частоты может усиливатьс только в течение малого промежутка времени. После выхода из ускорител 3 двухскоростной пучок 9 на- правл ют в систему накачки 4, где дл него реализуют услоаи возбуждени двухпотоковой неустойчивости. Последнее характеризуетс малосигнальным инкрементом усилени
Г- сов
2су$/2 Vi -лГ и резонансной частотой
(i-HT2).
® где (Ув - плазменна частота двухскоростного пучка;
уо - рел тивистский фактор, усредненный по.рбоим пучкам,
с - скорость света в вакууме,
Ау - разность рел тивистских факторов односкоростных пучков.
В качестве начального возмущени дл двухпотоковой неустойчивости служат волны пространственного зар да (ВПЗ), возбуждаемые в пучке в результате нелинейного параметрически-резонансного взаимодействи электромагнитных шумов системы частоты (Oi и пол накачки с электронами . В случае Н-убитронной накачки параметрически-резонансна частота может быть легко вычислена fyo 1) по формуле
ОУ2
4лс$
О)
(3)
5 10 15 20
25 30 35 40 45
50
55 где Л- период ондул тора;
of - частота ВПЗ, возбуждаемых при параметрическом резонансе.
В случае наложени двух резонансов (двухпучкового и параметрического), т.е. при (ai о - О), одна из ВПЗ, возбуждаемых за счет параметрического механизма, эффективно усиливаетс за счет двухпотоковой неустойчивости. В свою очередь, взаимодействие нарастающей ВПЗ с полем накачки приводит к генерации (за счет пара- , метрической св зи волн) нарастающей электромагнитной волны сигнала о% и т.д. При больших усилени х ВПЗ и при некоторой оптимальной малой растройке резонансных частот 0)2, а} и со (удовлетвор ющей критерию Чирикова) в системе в дальнейшем происходит стохастизаци процесса усилени - устройство переходит в режим работы генератора флуктуационных колебаний. Генерируемый сигнал од выводитс из устройства посредством электродинамической системы 5, а отработанный электронный пучок 9 осаждаетс на коллекторе 6.
Приведем некоторые оценки. В качестве инжекторов 1 и 2 (фиг. 1) выберем сильноточные диодные пушки;обеспечивающие в области взаимодействи устройства значени плазменной частоты двухскорсетного пучка сов 1012 . В качестве системы 3 применим линейный индукционный ускоритель на энергию 5 МэВ, а дл накачки - микроондул тор, описанный в, напр женность магнитного пол 10 кГс, период- 4 мм, длина - 80 см. После вычислений получаем coo. 5Х1014 , что соответствует длине волны Хг 4 мкм, Г 0,5 см , погонный линейный коэффициент усилени 1,8 10 раз/м. При этом полагалось, что разброс электронов по энерги м на выходе ускорител составил величину 1%, что вполне реально , При (уже реализованных в аналогичных однопучкор.ых системах) импульсна мощность выходного флуктуаци- онного сигнала может составить величину 10 Вт (в случае использовани килоам- перных пучков).
Работа устройства, приведенного на фиг. 2 и фиг. 3, сходна с работой вышеописанного . Отличие состоит в том, что данна система работает в режиме генератора (с самовозбуждением) либо ускорител когерентных колебаний. Здесь реализованы услови , при которых стохастизаци генерируемого (усиливаемого) сигнала не происходит . Это достигаетс при не слишком высоких усилени х в односекционных системах . В случае-высокого усилени исполь- зована клистронно-пролетна конструкци системы накачки, где основное усиление происходит на пролетцом участке системы и наложение двух нелинейных резонансов места не имеет. Секции же модул ции и энергоотбора выполнены достаточно короткими , так что процесс стохастизаций усиливаемого сигнала развитьс не успевает. Дл иллюстрации достоинств устройства приведены данные расчетов. Ориентируемс на конструкцию с параметрами: энерги - 2 МэВ, ток .сдвоенного пучка - 2x2 А В односекционной системе дл накачки выбираем вигглер с амплитудой пол накачки 500
Гс, периодом 1 мм, длиной 20 см. Радиус пучка полагаем равным 0,4 мм. Тогда дл коэффициента усилени находим величину 2,6 раз, т.е. 260% за один проход, В аналогичной однопучковой системе соответственно получаем величину усилени 12-15% за один проход. Переход к пролетно-клистрон- ной системе позвол ет подн ть коэффициент слабосигнального усилени до значени 10 и выше, что может быть реализовано(в принципиальном плане) с помощью прототипа лишь в огромных установках размерами в сотни метров. Здесь же габариты установки составл ют величины 6x1,5 м (см. фиг. 3), соответственно резко снижаетс ее вес.
Claims (1)
- Формула изобретени Лазер на свободных электронах, содержащий расположенные последовательно источник рел тивистского электронного пучка, систему накачки, электродинамическую систему генерируемого сигнала, отличающийс тем, что, с целью расширени рабочего диапазона частот, повышени устойчивости его работы при снижении веса и габаритов, источник рел тивистского электронного пучка выполнен двухскорост- ным.JL/II JL JLJLФиг. 1Фиг. 2
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4864869 RU1809934C (ru) | 1990-07-18 | 1990-07-18 | Лазер на свободных электронах |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4864869 RU1809934C (ru) | 1990-07-18 | 1990-07-18 | Лазер на свободных электронах |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1809934C true RU1809934C (ru) | 1993-04-15 |
Family
ID=21535303
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4864869 RU1809934C (ru) | 1990-07-18 | 1990-07-18 | Лазер на свободных электронах |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1809934C (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9392679B2 (en) * | 2014-12-05 | 2016-07-12 | Globalfoundries Inc. | Method, apparatus and system for using free-electron laser compatible EUV beam for semiconductor wafer processing |
-
1990
- 1990-07-18 RU SU4864869 patent/RU1809934C/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Маршалл Т. Лазеры на свободных электронах. - М.: Мир, 1987. - 239 с. Коцаренко Н.Я., Кулиш В.В. Об эффекте супергетеродинного усилени электромагнитных волн в системе плазма-пучок. - Радиотехника и электроника, 1980, т. 25, № 11, с. 2470-2471. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9392679B2 (en) * | 2014-12-05 | 2016-07-12 | Globalfoundries Inc. | Method, apparatus and system for using free-electron laser compatible EUV beam for semiconductor wafer processing |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4287488A (en) | Rf Feedback free electron laser | |
US4323857A (en) | Catalac free electron laser | |
Petelin | One century of cyclotron radiation | |
US4809281A (en) | Free-electron laser | |
RU1809934C (ru) | Лазер на свободных электронах | |
Borie et al. | Possibilities for multifrequency operation of a gyrotron at FZK | |
US5363054A (en) | Double beam cyclotron maser | |
US5280490A (en) | Reverse guide field free electron laser | |
Kehs et al. | Experimental demonstration of an electromagnetically pumped free-electron laser with a cyclotron-harmonic idler | |
US4027193A (en) | Klystron-resonant cavity accelerator system | |
Sessler et al. | Free-electron lasers | |
US4491765A (en) | Quasioptical gyroklystron | |
McCowan et al. | The Design of a 100-GHz CARM oscillator experiment | |
Brau | Free-electron lasers driven by RF linacs | |
JPS58116807A (ja) | 周波数逓倍器 | |
US6137811A (en) | System for conditioning an electron beam for improved free-electron laser operation | |
Watson | The Los Alamos free-electron laser | |
Ilyenko et al. | Aspects of generation of harmonic beams in non-relativistic free-electron lasers | |
RU67774U1 (ru) | Электровакуумный плазменный усилитель-генератор свч диапазона | |
SU1365378A1 (ru) | Линейный резонансный ускоритель электронов | |
Koops et al. | Miniaturized THz source with free-electron beams | |
JPH0817081B2 (ja) | 超高周波発振管装置 | |
Ginzburg et al. | Development of a Generator of a Periodic Sequence of Ultrashort 8-mm Electromagnetic Pulses Based on the “Saturn” Accelerator with Two Coaxial Emitting and Absorbing Electron Beams | |
CA1040309A (en) | Klystron-accelerator system | |
SU1110335A1 (ru) | Электронный прибор СВЧ-Магникон |