Разработка мощных длинноимульсных лазеров на свободных электронах субмиллиметрового диапазона на основе ускорительного комплекса ЛИУ

Проект мощного длинноимпульсного лазера на свободных электронах (ЛСЭ) субмиллиметрового диапазона длин волн развивается в сотрудничестве ИЯФ СО РАН и ИПФ РАН на базе ускорительного комплекса ЛИУ, формирующего электронные пучки с энергией частиц 5-20 МэВ, током 2 кА и длительностью 200 нс. Целью проводимых исследований является достижение уровней мощности 0,1-1,0 ГВт и энергосодержания 10-100 Дж в импульсах излучения указанного диапазона. В статье приведены результаты электронно-оптических экспериментов по формированию электронного пучка с параметрами, приемлемыми для эффективного использования в ЛСЭ. Разработаны спиральные импульсные ондуляторы для раскачки рабочих поперечных колебаний электронов. В качестве ключевого компонента электродинамической системы генератора проанализирована возможность использования модифицированных брэгговских резонаторов, основанных на связи распространяющихся и квазикритических волн и способных обеспечить стабильную узкополосную генерацию при существенном (по сравнению с длиной волны) поперечном размере пространства взаимодействия. Представлены результаты моделирования и «холодного» тестирования резонаторов данного типа для работы в субмиллиметровом диапазоне при диаметре канала, составляющем более 20 длин волн.

На английском языке

Development of high-power long-pulse submillimeter-wave free-electron lasers on the basis of the LIU accelerator complex

Arzhannikov A.V.

Bak P.A.

Belousov V.I.

Ginzburg N.S.

Zaslavsky V.Yu.

Nikiforov D.A.

Peskov N.Yu.

Sandalov E.S.

Sinitsky S.L.

Sobolev D.I.

Starostenko A.A.

Zhivankov K.I.

The high-power long-pulse submillimeter-wave free-electron laser (FEL) is developed jointly by the Institute of Nuclear Physics (SB RAS) and the Institute of Applied Physics (RAS) on the basis of the LIU accelerator complex, which forms electron beams with a particle energy of 5-20 MeV, a current of 2 kA, and a pulse duration of 200 ns. The studies are aimed at achieving power levels of 0.1-1.0 GW and an energy of 10-100 J in pulses of radiation within the above-specified range. The paper presents the results of electron-optical experiments, in which electron beams with the parameters acceptable for their efficient application in FELs were formed. Helical pulse undulators have been developed for the build-up of operating transverse oscillations of electrons. The possibility to use modified Bragg cavities, which are based on the coupling of propagating and quasi-critical waves and capable of ensuring stable narrow-band generation at a significantly great (as compared with the wave length) transverse dimensions of the interaction space, as the key component of the electrodynamic system of a generator has been analyzed. The results of the modeling and cold testing of this type of cavities for operation in the submillimeter-wavelength band and the channel diameter exceeding 20 wavelengths are presented.

DOI: https://doi.org/10.52452/00213462_2021_64_11_905

Пример ссылки для цитирования:

Аржанников А.В., Бак П.А., Белоусов В.И., Гинзбург Н.С., Заславский В.Ю., Никифоров Д.А., Песков Н.Ю., Сандалов Е.С., Синицкий С.Л., Соболев Д.И., Старостенко А.А., Живанков К.И. Разработка мощных длинноимульсных лазеров на свободных электронах субмиллиметрового диапазона на основе ускорительного комплекса ЛИУ // Изв. вузов. Радиофизика. 2021. Т. 64, № 11. C. 905–916.