Солитоны самоиндуцированной прозрачности и диссипативные солитоны в системах микроволновой электроники

Солитоны являются хорошо исследованным объектом во многих разделах нелинейной физики, включая гидродинамику, физику плазмы, оптику и других. Однако только в последнее время было показано, что они могут реализоваться в системах микроволновой электроники. В обзоре приведены результаты теоретического анализа механизмов формирования двух типов микроволновых солитонов огибающей. Первый тип - это солитоны самоиндуцированной прозрачности, которые возникают в процессе циклотронно-резонансного взаимодействия электромагнитных импульсов с первоначально прямолинейными электронными пучками, движущимися в однородном магнитном поле, и для формирования которых принципиальное значение имеет релятивистская зависимость гирочастоты от энергии частиц. Второй тип - это солитоны, которые формируются при установке насыщающихся поглотителей в цепь обратной связи электронных генераторов. В таких условиях возникает пассивная синхронизация резонаторных мод и генерируемое излучение представляет собой периодическую последовательность коротких импульсов, которые, исходя из аналогии с лазерными системами, следует отнести к классу диссипативных солитонов. Наряду с общетеоретической значимостью исследование микроволновых солитонов представляет также и существенный практический интерес. В частности, экспериментальная реализация генерации диссипативных солитонов в микроволновом диапазоне позволит создать новый тип источников ультракоротких электромагнитных импульсов.

На английском языке
Self-induced transparency solitons and dissipative solitons in microwave electronic systems
GINZBURG N.S.
ZOTOVA I.V.
KOCHAROVSKAYA E.R.
SERGEEV A.S.
ZHELEZNOV I.V.
ZASLAVSKY V.YU.

Solitons are a well-studied subject in many domains of nonlinear physics, including hydrodynamics, plasma physics, optics, etc. However, it has been demonstrated only recently that they can be realized in systems of microwave electronics. This review presents the results of analyzing theoretically the formation mechanisms of envelope solitons of two types. The first type is the self-induced transparency soliton, which is formed in the process of cyclotron-resonance interaction of electromagnetic pulses with initially rectilinear electron beams moving in a homogeneous magnetic field, and the relativistic dependence of the gyrofrequency on the particle energy is of fundamental importance for its formation. The second type is the soliton formed, when saturable absorbers are installed in the feedback loops of electronic generators. Under such conditions, passive synchronization of resonator cavity modes arises, and the generated radiation is a periodic sequence of short pulses, which, on the analogy of laser systems, should be categorized as the class of dissipative solitons. Along with its general theoretical importance, the study of microwave solitons is of significant practical interest. In particular, experimental realization of generation of dissipative solitons in the microwave band will make it possible to create a new type of sources of ultrashort electromagnetic pulses.