Нелинейные взаимодействия волн в супергетеродинном плазменно-пучковом ЛСЭ доплертронного типа с винтовым электронным пучком

Abstract

Построена кубически-нелинейная теория плазменно-пучкового супергетеродинного лазера на свободных электронах (СЛСЭ) доплертронного типа с винтовым электронным пучком. Определены уровни и механизм насыщения для четырех режимов работы. Показано, что насыщение сигнала связано с захватом электронов пучка плазменными волнами. Выяснено, что среди всех режимов работы СЛСЭ наиболее высоким уровнем насыщения сигнала обладает режим взаимодействия, в котором в качестве сигнала используется необыкновенная электромагнитная волна. Продемонстрирована возможность создания на базе такого СЛСЭ источников мощного когерентного электромагнитного излучения в миллиметровом диапазоне длин волн.

Побудована кубічно-нелінійна теорія плазмово-пучкового супергетеродинного лазера на вільних електронах (СЛВЕ) доплертронного типу з гвинтовим електронним пучком. Визначені рівні та механізм насичення для чотирьох режимів роботи. З'ясовано, що насичення сигналу пов'язане із захопленням електронів пучка плазмовими хвилями. Показано, що серед усіх режимів роботи СЛВЕ найбільш високий рівень насичення сигналу має режим взаємодії, у якому як сигнал використовується незвичайна електромагнітна хвиля. Продемонстрована можливість створення на базі такого СЛВЕ джерел потужного когерентного електромагнітного випромінювання в міліметровому діапазоні довжин хвиль.

We have constructed a cubic-nonlinear theory of a plasma-beam superheterodyne free electron laser (SFEL) of the dopplertron type with a helical electron beam. The saturation levels and mechanisms have been found for the four operating modes. We have shown that the capture of beam electrons by plasma waves causes the signal saturation. We have found that among all operating modes the highest saturation level corresponds to the interaction mode that uses an extraordinary wave as the signal. We have demonstrated the possibility of making of powerful coherent electromagnetic radiation sources in the millimeter wavelength range on the basis of such SFEL.