Глявин М.Ю.
Денисов Г.Г.
Железнов И.В.
Зотова И.В.
Малкин А.М.
Сергеев А.С.
 Статья на сайте eLibrary

Теоретически исследована возможность создания источников терагерцового излучения высокой (до нескольких ватт) мощности на основе возбуждения пятой циклотронной гармоники в режиме умножения частоты в мощных гиротронах, предназначенных для плазменных приложений. Ранее было показано, что эффективное возбуждение выделенных (s=4n+1 , n=1,2,3,...) циклотронных гармоник в гиротронах обусловлено специфическим свойством собственных мод цилиндрических волноводов, согласно которому могут выполняться условия одновременного резонанса электронного пучка с двумя ТЕ-модами, имеющими асимптотически кратные критические частоты. Для пятой циклотронной гармоники данный метод апробирован в экспериментах с низкочастотным гиротроном киловаттного уровня мощности. В используемых для плазменных приложений гиротронах обнаруженный эффект позволит существенно поднять мощность и частоту излучения. При этом для подавления паразитной генерации на основном циклотронном резонансе, имеющей место в области оптимальных для эффекта умножения магнитных полей, предлагается использовать захват гиротрона внешним сигналом. Проведённое в данной работе моделирование на основе усреднённой самосогласованной модели гиротрона показывает возможность генерации в описанной схеме излучения с уровнем мощности в несколько ватт на частоте 1,25 ТГц при работе на пятой гармонике гирочастоты в недавно созданном субмегаваттном гиротроне с частотой генерации 0,25 ТГц и рабочей модой TE19, 8 .

На английском языке
Gyromultipliers of the fifth cyclotron harmonic based on high-power gyrotrons for plasma applications
Glyavin M.Yu., Denisov G.G., Zheleznov I.V., Zotova I.V., Malkin A.M. and Sergeev A.S.

We study theoretically the possibility of creating sources of THz radiation of high (up to several watts) power based on excitation of the fifth cyclotron harmonic in the frequency multiplication regime in high-power gyrotrons intended for plasma applications. It was previously shown that effective excitation of isolated (s=4n+1 , n=1, 2, 3,...) cyclotron harmonics in gyrotrons is due to the specific property of eigenmodes of cylindrical waveguides, according to which the conditions for simultaneous resonance of an electron beam with two TE modes with asymptotically multiple critical frequencies can be met. For the fifth cyclotron harmonic, this method was tested in experiments with a low-frequency kilowatt power level gyrotron. The use of gyrotrons for plasma applications will make it possible to significantly increase the power and frequency of radiation based on the observed effect. To suppress parasitic generation at the main cyclotron resonance, which occurs in the region of optimal magnetic fields for the multiplication effect, it is proposed to use frequency-locking of the gyrotron by an external signal. Simulations performed in this work based on a self-consistent gyrotron model shows the possibility of generation in the described radiation scheme with a power of several watts at a frequency of 1.25 THz with radiation at the fifth harmonic of the gyrofrequency in a recently developed sub-MW/0.25 THz gyrotron with TE19, 8 operating mode.

DOI: https://doi.org/10.52452/00213462_2023_66_07_527