Системы накачки комптоновских лазеров на свободных электронах: источники и сверхвысокочастотные ондуляторы

Концепция лазеров на свободных электронах комптоновского типа, работающих в коротковолновых диапазонах при высоком уровне эффективности и мощности, развивается в настоящее время в ИПФ РАН. Целью этих работ является снижение энергии запитывающего релятивистского электронного пучка и, таким образом, увеличение коэффициента полезного действия электронно-волнового взаимодействия в лазерах на свободных электронах, а также достижение относительной компактности генератора. Основой концепции являются сверхвысокочастотные (СВЧ) ондуляторы нового типа — так называемые «летящие» ондуляторы. Статья посвящена результатам текущих исследований данных ондуляторов, приведены результаты их моделирования и «холодных» электродинамических тестов в Ка-диапазоне. Для запитки ондуляторов в указанном диапазоне разрабатывается пространственно развитый генератор поверхностной волны черенковского типа на основе сильноточного ускорителя «Синус-6» с энергией частиц 0,5 МэВ, током 5 кА и длительностью импульса 25 нс. Требуемый субгигаваттный уровень мощности выходного излучения в сочетании с высокой стабильностью режима узкополосной генерации достигается в условиях существенной сверхразмерности путём использования двумерной распределённой обратной связи, реализуемой в замедляющей структуре с двумерно-периодической гофрировкой. Приведены расчётные параметры и результаты моделирования генератора поверхностной волны, предназначенного для запитки СВЧ ондуляторов, с частотой 32 ГГц и мощностью 0,5 ГВт.

На английском языке
Pumping Systems for Compton Free-Electron Lasers: Microwave Undulators and Powering Sources
Abubakirov E.B.
Vikharev A.A.
Ginzburg N.S.
Denisenko A.N.
Zaslavsky V.Yu.
Krapivnitskaya T.O.
Kuzikov S.V.
Peskov N.Yu.
Savilov A.V.

The concept of Compton-type free-electron lasers (FELs) operating in short wavelength ranges with a high efficiency and power level is currently underway at the IAP RAS (Nizhny Novgorod). This concept is aimed at reducing the energy of a driving relativistic electron beam and thereby increasing the efficiency of the electron–wave interaction in FELs, as well as making the oscillator relatively compact. The basis of this concept is microwave undulators of a new type — the so-called "flying" undulators. This paper is devoted to the results of the current studies of these undulators, their simulation, and "cold" electrodynamic tests in the Ka band. For powering microwave undulators, a spatially extended narrow-band Čerenkov surface-wave oscillators (SWOs) are developed in the specified frequency range driven by Sinus-6, a high-current accelerator, with a particle energy of 0.5 MeV, a current of 5 kA, and a pulse duration of 25 ns. The required sub-gigawatt power level of output radiation combined with a high stability of the narrow-band oscillation regime is achieved under conditions of a strongly oversized oscillator by using two-dimensional distributed feedback provided in a 2D doubly-periodic slow-wave structure. The design parameters of a 32 GHz/0.5 GW SWO intended for powering microwave undulators are presented and the results of its simulation and reported.