ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2024. №6

УДК: 621.385.6

Режимы синхронизации мод
в лампе бегущей волны с цепью обратной связи

Вилков М.Н., Иванов А.А., Розенталь Р.М.

ФИЦ Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН,
603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46

Статья поступила в редакцию 3 апреля 2024 г.

Аннотация. Рассмотрены режимы генерации последовательностей коротких коррелированных импульсов в лампе бегущей волны (ЛБВ) с цепью обратной связи в режиме синхронизации мод. Показано, что в системе в системе с параметрами, соответствующими экспериментально реализованной ЛБВ W-диапазона с линейной цепью обратной связи возможна генерация импульсов, пиковая интенсивность которых в несколько раз превышает средний уровень мощности. В свою очередь, значительное увеличение пиковой интенсивности импульсов может быть достигнуто за счет добавления в цепь обратной связи насыщающегося поглотителя.

Ключевые слова: лампа бегущей волны, синхронизация мод, генерация коротких импульсов.

Финансирование: Работа выполнена в рамках государственного задания FFUF-2024-0027.

Автор для переписки: Розенталь Роман Маркович, rrz@ipfran.ru

Литература

1. Peebles W.A., Rhodes T.L., Hillesheim J.C., Zeng L., Wannberg C. A novel, multichannel, comb-frequency Doppler backscatter system // Review of Scientific Instruments. – 2010. – Vol. 81. – No.10. – Art.no. 10D902. – https://doi.org/10.1063/1.3464266.

2. Tokuzawa T., Tsuchiya H., Tsujimura T., Emoto M., Nakanishi H., Inagaki S., Ida K., Yamada H., Ejiri A., Watanabe K.Y., Oguri K. Microwave frequency comb Doppler reflectometer applying fast digital data acquisition system in LHD // Review of Scientific Instruments. – 2018. – Vol. 89. – No. 10. – Art.no. 10H118. – https://doi.org/10.1063/1.5035118.

3. Zhang B., Inagaki S., Kawachi Y. Development of a Frequency Comb Sweep Microwave Reflectometer in the Linear Device PANTA // Plasma and Fusion Research. – 2019. – Vol. 14 – Art.no. 1201131. – https://doi.org/10.1585/pfr.14.1201131.

4. Happel T., Kasparek W., Hennequin P., Höfler K., Honoré C. Design of a variable frequency comb reflectometer system for the ASDEX Upgrade tokamak // Plasma Science and Technology. – 2020. – Vol. 22. – Art.no. 064002. – https://doi.org/10.1088/2058-6272/ab618c .

5. Razavian S., Han J., Jamali B., Pribyl P., Hosseini M., Mehta Y., Forghani M., Gekelman W., Babakhani A. Plasma Characterization Using a Silicon-Based Terahertz Frequency Comb Radiator // IEEE Sensors Letters. – 2020. – Vol. 4. – No. 9. –Art no. 3501304. – https://doi.org/10.1109/LSENS.2020.3013261 .

6. Hsieh Y.D., Iyonaga Y., Sakaguchi Y., Yokoyama S., Inaba H., Minoshima K., Hindle F., Takahashi Y., Yoshimura M., Mori Y., Araki T. Terahertz comb spectroscopy traceable to microwave frequency standard // IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. – 2013. – Vol. 3. – No. 3. – P. 322-330. – https://doi.org/10.1109/TTHZ.2013.2250333

7. Skryl A.S., Pavelyev D.G., Tretyakov M.Y., Bakunov M.I. High-resolution terahertz spectroscopy with a single tunable frequency comb // Optics express. – 2014. – Vol. 22. – P. 32276-32281. – https://doi.org/10.1364/oe.22.032276

8. Ajoy A., Nazaryan R., Liu K., Lv X., Safvati B., Wang G., Druga E., Reimer J.A., Suter D., Ramanathan C., Meriles C.A. Enhanced dynamic nuclear polarization via swept microwave frequency combs // Proceedings of the National Academy of Sciences. – 2018. – Vol. 115. – P. 10576-10581. – https://doi.org/10.1073/pnas.1807125115

9. Wang C., Perkins B., Wang Z., Han R. Molecular detection for unconcentrated gas with ppm sensitivity using 220-to-320-GHz dual-frequency-comb spectrometer in CMOS // IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems. – 2018. – Vol.12. – P. 709-721. – https://doi.org/10.1109/TBCAS.2018.2812818

10. Hübers H.W., Richter H., Wienold M. High-resolution terahertz spectroscopy with quantum-cascade lasers // Journal of Applied Physics. – 2019. – Vol. 125. – Art.no. 151401. – https://doi.org/10.1063/1.5084105

11. Golubiatnikov G.Y., Koshelev M.A., Tsvetkov A.I., Fokin A.P., Glyavin M.Y., Tretyakov M.Y. Sub-terahertz high-sensitivity high-resolution molecular spectroscopy with a gyrotron // IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. – 2020. – Vol. 10. – P. 502-512. – https://doi.org/10.1109/TTHZ.2020.2984459

12. Haus H.A. Mode-locking of lasers // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. – 2000. – Vol .6. – No. 6, – P. 1173-1185. – https://doi.org/10.1109/2944.902165

13. Крюков П.Г. Лазеры ультракоротких импульсов // Квантовая электроника. – 2001. – Т. 31. – № 2. – С. 95–119.

14. Cutler C. C. The Regenerative Pulse Generator // Proceedings of the IRE. – 1955. – Vol. 43. – No. 2. – P. 140-148.– https://doi.org/10.1109/JRPROC.1955.278070 .

15. Манькин И.А., Школьников В.Г. Импульсные автоколебательные процессы в ЛБВ-генераторе с внешней обратной связью // Радиотехника и электроника. – 1985. – Т. 30. – Вып. 1. – С. 111-115.

16. Гинзбург Н.С., Денисов Г.Г., Вилков М.Н., Зотова И.В., Сергеев А.С. Генерация периодической последовательности мощных ультракоротких импульсов в лампе бегущей волны с просветляющимся поглотителем в цепи обратной связи // Письма в ЖТФ. – 2015. – Т. 41. – Вып. 17. – С. 44–52.

17. Ginzburg N.S., Samsonov S.V., Denisov G.G., Vilkov M.N., Zotova I.V., Bogdashov A.A., Gachev I.G., Sergeev A.S., Rozental R M. Ka-Band 100-kW Subnanosecond Pulse Generator Mode-Locked by a Nonlinear Cyclotron Resonance Absorber // Phys. Rev. Appl. – 2021. – Vol. 16. – Art.no. 054045. – https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.16.054045

18. Морозов В.Н., Никитин В.В., Шеронов А.А. Самосинхронизация типов колебаний в инжекционном ПКГ на GaAs // Письма в ЖЭТФ. – 1968. – Т. 7. – Вып. 9. – С. 327-330.

19. Магдич Л.Н. Нестационарные явления в лазере с взаимодействующими модами // ЖЭТФ. – 1968. – Т. 53. – Вып. 3(9). – С. 802-807.

20. Бондаренко А.Н., Кривощеков Г.В., Семибаламут В.М., Смирнов В.А., Ступак М.Ф. Самосинхронизация мод в ОКГ на рубине в режиме свободной генерации // Изв. ВУЗов. Радиофизика. – 1971. – Т. 14. – №10. – С. 1615-1616.

21. Гинзбург Н.С., Петелин М.И. Конкуренция и кооперация мод в лазерах на свободных электронах // Изв. ВУЗов. Прикладная нелинейная динамика. – 1994. – Т. 2. – № 6. – С. 3-26.

22. Рыскин Н.М. Исследование нелинейной динамики ЛБВ-генератора с запаздывающей обратной связью // Изв. ВУЗов. Радифизика. – 2004. – Т. 47. – № 2. – С. 129-142.

23. Rozental R.M., Samsonov S.V., Bogdashov A.A., Gachev I.G., Ivanov A.A., Kamenskiy M.V. Self-Mode-Locking Regime in a K-Band Gyro-TWT With External Reflections // IEEE Electron Device Letters. – Vol. 44. – No. 1. – P. 140-143.– https://doi.org/10.1109/LED.2022.3225145 .

24. Жидков А.П. Исследование сверхширокополосного генератора хаоса сантиметрового диапазона на основе ЛБВ // Изв. ВУЗов. Прикладная нелинейная динамика. – 2014. – Т. 22. – № 6. – С. 42-48. – https://doi.org/10.18500/0869-6632-2014-22-6-42-48

25. Звелто О. Принципы лазеров / Пер. под нач. ред. Т.А. Шмаонова. 4-е изд. – СПб.: Издательство "Лань", 2008. - 720 с.

26. Rozental R.M., Ivanov A.A., Sidorov D.A., Vilkov M.N. Self-Mode-Locking Operation Regimes in a TWT With Low-Level Delayed Feedback // IEEE Transactions on Electron Devices. – Vol. 70. – No. 11. – P. 5940-5945. – https://doi.org/10.1109/TED.2023.3317368 .

27. Манькин И.А., Школьников В.Г. Сверхширокополосные сигналы в СВЧ системах. Часть III. Нестационарная электроника. Генерирование сложных сигналов в ЛБВ (по данным отечественной и зарубежной печати за 1949-1984 гг.) // Обзоры по электронной технике. Серия 1. Электроника СВЧ. Выпуск 6 (1083). - М.: ЦНИИ "Электроника", 1985.

28. Kompfner R. On the operation of the travelling wave tube at low level // J. Brit. IRE. – 1950. – V. 10. – No. 8-9. – P. 283–289. – https://doi.org/10.1049/jbire.1950.0028

29. Шевчик В.Н., Трубецков Д.И. Аналитические методы расчета в электронике СВЧ. – М.: Советское радио, 1970. - 584 с.

30. Юровский Л.А., Зотова И.В., Абубакиров Э.Б., Розенталь Р.М., Сергеев А.С., Гинзбург Н.С. Формирование сверхмощных микроволновых импульсов в системах стретчер-усилитель-компрессор. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. – 2020. – №12. – https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.12.21

31. Yurovskiy L.A., Zotova I.V., Ginzburg N.S., Vilkov M.N., Rozental R.M., Samsonov S.V., Abubakirov E.B. Production of Multi-Gigawatt Sub-Nanosecond Microwave Pulses by the Method of Chirped-Pulse-Amplification // IEEE Electron Dev. Lett. – 2021. – Vol. 42. – No.1. – P. 98-101. – https://doi.org/10.1109/LED.2021.3053131 .

Для цитирования:

Вилков М.Н., Иванов А.А., Розенталь Р.М. Режимы синхронизации мод в лампе бегущей волны с цепью обратной связи. // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – №. 6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.6.4