Селективное возбуждение высоких циклотронных гармоник и высоких продольных мод в гироприборах терагерцевого частотного диапазона

Одним из важных направлений развития современной прикладной физики является создание источников когерентного электромагнитного излучения, работающих на относительно высоких уровнях мощности, активное их продвижение в субтерагерцевый и терагерцевый частотные диапазоны. С точки зрения сочетания компактности и доступности потребителю и высоких КПД и мощности выходного излучения, во многих случаях наиболее перспективным таким источником является гиротрон. Работа направлена на исследование новых схем, которые разрабатываются с целью решения проблем, характерных для гиротронов миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн. Предложен механизм возбуждения высоких продольных мод в высокоэффективном гиротронном режиме, основанный на использовании резонаторов с периодическими фазовыми корректорами. Предложены новые схемы гиротронных резонаторов с короткими селектирующими элементами для существенного улучшения селективности возбуждения пространственно развитых поперечных мод на высоких циклотронных гармониках. Теоретически и экспериментально продемонстрирована возможность работы гиротрона при экстремально низких напряжениях 1,5 - 2 кВ с приемлемыми уровнями КПД и выходной мощности. Для гиротронов с низкими (2 - 20 кВ) ускоряющими напряжениями рабочих электронных пучков продемонстрирована возможность достижения устойчивой и высокоэффективной генерации при возбуждении высоких продольных мод в режиме взаимодействия электронов с попутной бегущей компонентой стоячей резонаторной волны. Показано, что в низковольтных гиротронах с выводом излучения в сторону катодного конца возможна эффективная и плавная перестройка частоты генерации за счет перехода к работе на высоких продольных модах в режиме лампы обратной волны. Предложено использование сложных режимов возбуждения гиротронов, характеризующихся сменой генерируемой моды в течение переходного процесса, для обеспечения компрессии двухчастотного выходного сигнала. Показано, что пиковая мощность СВЧ-импульсов, формирующихся в результате такой компрессии, может превышать мощность рабочего электронного пучка гиротрона. Предложен и исследован режим работы гиротрона на высокой циклотронной гармонике, в котором эффективный вывод излучения осуществляется далекой от отсечки бегущей волной за счет связи этой волны на электронном пучке с рабочей квазикритической волной гиротрона.