В ИПФ РАН добились нового уровня эффективности гиротронов
В рамках работ по созданию мощных источников излучения в терагерцовом суб-терагерцовом диапазонах частот сотрудники Института прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН предложили новую схему электродинамичекой системы, позволяющую увеличить селективность рабочего типа колебаний и, соответственно, повысить частоту генерации.
Гиротроны являются уникальными источниками излучения способными генерировать большие мощности в терагерцовом диапазоне. По мере увеличения рабочей частоты все сложнее получить устойчивую одномодовую генерацию на заданной частоте.
Авторы предложили изменить схему одного из ключевых элементов гиротрона — резонатора, пространства взаимодействия электронного потока и электромагнитной волны. Вместо традиционной цилиндрической конструкции проанализирована система из двух зеркал: одно из них плоское, но гофрированное, а другое гладкое, но вогнутое. Такое решение помогает «отфильтровать» нежелательные режимы генерации, благодаря тому, что паразитные колебания быстро покидают резонатор в поперечном по отношению к распространению волны между зеркалами направлении.
Конструкция является частью концепции гиротрона следующего поколения. Согласно расчётам, предлагаемая система позволит создавать мощные источники терагерцового излучения с характеристиками, которые сегодня считаются крайне труднодостижимыми.
Работоспособность предложенной схемы исследователи проверили с помощьюаналитических оценок, численного моделирования и экспериментального тестирования резонатора. Полученные результаты подтвердили правильность выбранного подхода и показали, что предложенная конструкция способна обеспечить стабильную генерацию мощного терагерцового излучения.
«Это исследование показывает, что вполне реально создать гиротрон, работающий на частоте 800 ГГц на второй гармонике гирочастоты с киловаттным уровнем выходной мощности. В ближайшем будущем мы планируем разработку и реализацию мощных и высокоэффективных гиротронов на третьей гармонике с частотой примерно 1,2 ТГц», — рассказал старший научный сотрудник лаборатории микроволновой электродинамики ИПФ РАН Дмитрий Соболев.
Предполагаемое применение нового прибора — спектроскопия высокого разрешения. Это метод изучения веществ по тому, как они взаимодействуют с излучением: поглощают, отражают или испускают его. Он позволяет с высокой точностью определять состав и структуру материалов. Например, в медицине спектроскопию используют для неинвазивной диагностики тканей и выявления патологий на ранних стадиях. Исследование ИПФ РАН может существенно расширить возможности такой диагностики за счёт мощного и стабильного терагерцового излучения.