Квазиоптическая теория релятивистских черенковских генераторов и усилителей

В рамках квазиоптического подхода исследовано распространение электромагнитных волн над периодически гофрированными поверхностями и их возбуждение прямолинейными релятивистскими электронными потоками. Вблизи периодической структуры электромагнитное поле может быть разложено на сумму пространственных гармоник, представляющих собой при малой глубине гофрировки параксиальные волновые пучки, связь которых описывается в рамках метода эквивалентных поверхностных магнитных токов. В указанных предположениях получено дисперсионное уравнение для нормальных волн, на основании которого выделено два предельных случая. В первом из них частота излучения далека от частоты брэгговского резонанса и распространение волн может быть описано в рамках импедансного приближения, в котором поле представляется в виде основной замедленной волны и её пространственных гармоник. При взаимодействии с электронным потоком этому случаю соответствует конвективная неустойчивость при синхронизме частиц с основной (нулевой) либо высшими пространственными гармониками (режим лампы бегущей волны) и абсолютная неустойчивость при синхронизме с пространственной гармоникой обратной волны (режим лампы обратной волны). Во втором предельном случае, реализующемся при частотах, близких к брэгговскому резонансу, поле представляется в виде двух распространяющихся навстречу друг другу квазиоптических волновых пучков. Это обуславливает абсолютный характер неустойчивости, который используется в генераторах поверхностной волны на колебаниях $ \pi $-вида. На основании развитой теории определены основные характеристики схем усилителей и генераторов, включая инкременты, эффективность энергообмена и формирование пространственной самосогласованной структуры излучаемого поля. Показана перспективность практической реализации релятивистских усилителей и генераторов поверхностной волны в субмиллиметровом диапазоне длин волн.