TERAHERTZ GYROTRONS AT HIGH CYCLOTRON HARMONICS
Cite this article as:
Bandurkin I. V., Bratman V. L., Kalynov Y. К., Manuilov V. N., Savilov А. V., Samsonov S. V. TERAHERTZ GYROTRONS AT HIGH CYCLOTRON HARMONICS. Izvestiya VUZ. Applied Nonlinear Dynamics, 2008, vol. 16, iss. 3, pp. 156-175. DOI: https://doi.org/10.18500/0869-6632-2008-16-3-156-175
The results of first experiments and future trends in advancing to sub-THz and THz frequency ranges with self-oscillators working at high cyclotron harmonics and gyromultipliers are discussed. In both varieties of gyrotrons, selective excitation of high harmonics can be simplified by the use of electron beams describing helical trajectories whose centers are close to the cavity axis (the configuration of Large Orbit Gyrotron). In gyromultipliers, the additional selective properties are provided due to obtrusion of frequency and spatial field structure from the relatively low-frequency signal, which may be either inserted from the outside, or excited by the same electron beam used for nonlinear frequency conversion. In the latter case, the most attractive schemes for THz range are those where excitation of low- and high-frequency radiation takes place in a single volume.
1. Гапонов А.В., Петелин М.И., Юлпатов В.К. Индуцированное излучение возбужденных классических осцилляторов и его использование в высокочастотной электронике // Изв. вузов. Pадиофизика. 1967. Т. 10, No 9–10. С. 1414.
2. Гиротрон. Сборник статей / Под ред. А.В. Гапонова-Грехова. Горький: ИПФ АН СССР, 1981.
3. Nusinovich G.S. Introduction to the Physics of Gyrotrons. Baltimore: Johns Hopkins University Press, 2004.
4. Zaitsev N.I., Pankratova T.P., Petelin M.I., Flyagin V.A. Millimeter- and submillimeterwave gyrotrons // Radio Eng. and Electronic Phys. 1974. Vol. 19, No 5. P. 103.
5. Flyagin V.A., Luchinin A.G., Nusinovich G.S. A submillimeter-wave gyrotrons – theory and experiment // Int. J. Infrared Millimiter Waves. 1983. Vol. 4. P. 629.
6. Spira-Hakkarainen S., Kreischer K.E., Temkin R.J. Submillimeter-wave harmonic gyrotron experiment // IEEE Trans. Plasma Sci. 1990. Vol. 18. P. 334.
7. Idehara T., Brand G.F. Submillimeter wave gyrotron development and applications. Fucui University, printed by EXIT Co., LTD, 1995.
8. Glyavin M.Yu., Luchinin A.G. and Golubiatnikov G.Yu. Generation of 1.5-kW, 1- THz coherent radiation from a gyrotron with a pulsed magnetic field // Phys. Rev. Lett. 2008. Vol. 100. P. 015101.
9. Idehara T., Saito T., Mori H. et al. Long pulse operation of the THz gyrotron with a pulse magnet // Int. J. Infrared and Millimeter Waves. 2008. Vol. 29. P. 131.
10. Запевалов В.Е., Зарницына И.Г., Нусинович Г.С. О возбуждении паразитных мод, резонансных с первой гармоникой циклотронной частоты, в гиротроне, работающем на моде, резонансной со второй гармоникой // Изв. вузов. Pадио- физика. 1979. Т. 22, No 3. С. 367.
11. Антаков И.И., Запевалов В.Е., Панкратова Т.Б., Цимринг Ш.Е. Гиротроны на гармониках гирочастоты // Гиротрон. Сборник статей / Под ред. А.В. Гапонова-Грехова. Горький: ИПФ АН СССР. 1981. С. 192.
12. Нусинович Г.С., Панкратова Т.Б. Теория гиротронов субмиллиметрового диапазона длин волн // Гиротрон. Сборник статей / Под ред. А.В. Гапонова- Грехова. Горький: ИПФ АН СССР. 1981. С. 169.
13. Jory H. Investigation of electronic interaction with optical resonators for microwave generation and amplification // R&D Tech. Report, Varian Associates, Paolo Alto, CA, ECOM-01873-F, 1968.
14. McDermott D.B., Luhmann N.C., Kupiszewski A.Jr. and Jory H.R. Small-signal theory of a large-orbit cyclotron resonance harmonic maser // Phys. Fluids. 1983. Vol. 26. P. 1936.
15. Lawson W., Destler W.W., and Striffler C.D. High-power microwave generation from a large-orbit gyrotron in vane and hole-and-slot conducting wall geometries // IEEE Trans. Plasma Sci. 1985. Vol. 13. P. 444.
16. Bratman V.L., Fedotov A.E., Kalynov Y.K. et al. Moderately relativistic high-harmonic gyrotrons for millimeter/submillimeter wavelength band // IEEE Trans. Plasma Sci. 1999. Vol. 27. P. 456.
17. Жураховский В.А. Нелинейные колебания электронов в магнитонаправляемых потоках. Киев: Наук. думка, 1972. С. 303.
18. Белоусов В.И., Ергаков В.С., Моисеев М.А. Двухрезонаторный МЦР на гармониках циклотронной частоты электронов // Электронная техника. Сер. I. Электроника СВЧ. 1978. No 9. С. 41.
19. Hirshfield J.L. Coherent radiation from spatiotemporally modulated gyrating electron beams // Phys. Rev. A. 1991. Vol. 44. P. 6845.
20. Guo H., Chen S.H., Granatstein V.L. et al. Operation of highly overmoded harmonic-multiplying gyrotron amplifier // Phys. Rev. Lett. 1997. Vol. 79. P. 515.
21. Nusinovich G.S., Dumbrajs O. Two-harmonic prebunching of electrons in multicavity gyrodevices // Phys. of Plasmas. 1995. Vol. 2. P. 568.
22. Александров А.Ф., Власов А.Н., Галузо С.Ю. и др. Релятивистские доплеровские СВЧ-умножители частоты // Релятивистская высокочастотная электроника: Вып. 3. Горький: ИПФ АН СССР, 1983. С. 96.
23. Антаков И.И., Гапонов А.В., Юлпатов В.К. // Вопросы радиолектроники. Сер. 1. Электроника. 1965. No 12. С. 33.
24. Гольденберг А.Л., Петелин М.И. Формирование винтовых электронных пучков в адиабатической пушке // Изв. вузов. Pадиофизика. 1973. Т. 16, No 1. С. 141.
25. Братман В.Л., Калынов Ю.К., Мануилов В.Н., Самсонов С.В. Субмиллиметровый гиротрон с большой орбитой // Изв. вузов. Pадиофизика. 2005. No 10–11. C. 823.
26. Братман В.Л., Калынов Ю.К., Мануилов В.Н., Самсонов С.В. Электронно-оптическая система гиротрона с большой орбитой // ЖТФ. 2005. Т. 75, No 12. С. 76.
27. Rhee M.J. and Destler W.W. Relativistic electron dynamics in a cusped magnetic field // The Physics and Fluids. 1974. Vol. 17. P. 1574.
28. Gallagher D., Barsanti M., Scafuri F., Armstrong C. High-power cusp gun for harmonic gyro-device applications // IEEE Trans. on Plasma Sci. 2000. Vol. 28, No 3. P. 695.
29. Bratman V.L., Idehara T., Kalynov Yu.K. et al. Design of a powerful and compact THz oscillator // Int. J. Infrared Millimiter Waves. 2006. Vol. 27, No 8. P. 1063.
30. Бандуркин И.В., Савилов А.В. Подавление группировки на низких гармониках в гироумножителях частоты клистронного типа // Письма в ЖТФ. 2007. Т. 33, вып. 18. С 76.
31. Bandurkin I.V., Savilov A.V. High-harmonic electron bunching in the field of a signal wave and the use of this effect in cyclotron masers with frequency multiplication // Phys. Rev. ST Accel. Beams. 2005. Vol. 8. P. 010702.
32. Братман В.Л., Гинцбург В.А., Гришин Ю.А. и др. Импульсные широкодиапазонные оротроны миллиметровых и субмиллиметровых волн // Изв. вузов. Pадиофизика. 2006. Т. 49, No 11. С. 958.
33. Antakov I.I., Gachev I.G., Denisov G.G. et al. Development and experimental study of a two-cavity 285 GHz CW gyrotron-multiplier // Proc. 6th Int. Workshop "Strong Microwave in Plasmas", N. Novgorod, 2006, P. 162.
34. Бандуркин И.В., Братман В.Л., Савилов А.В. Умножение частоты в автогенераторах гиротронного типа // Письма в ЖТФ. 2006. Т. 32, No 2. С. 72.
35. Bandurkin I.V., Bratman V.L., Denisov G.G., Savilov A.V. Frequency multiplication in gyro-oscillators // Proc. 6th Int. Workshop «Strong Microwave in Plasmas». N. Novgorod, 2006. P. 156.
BibTeX
author = {I. V. Bandurkin and V. L. Bratman and Yu. К. Kalynov and V N. Manuilov and А. V. Savilov and S. V. Samsonov },
title = {TERAHERTZ GYROTRONS AT HIGH CYCLOTRON HARMONICS},
year = {2008},
journal = {Izvestiya VUZ. Applied Nonlinear Dynamics},
volume = {16},number = {3},
url = {https://old-andjournal.sgu.ru/en/articles/terahertz-gyrotrons-at-high-cyclotron-harmonics},
address = {Саратов},
language = {russian},
doi = {10.18500/0869-6632-2008-16-3-156-175},pages = {156--175},issn = {0869-6632},
keywords = {ТЕРАГЕРЦОВЫЕ ГИРОТРОНЫ НА ВЫСОКИХ ЦИКЛОТРОННЫХ ГАРМОНИКАХ},
abstract = {The results of first experiments and future trends in advancing to sub-THz and THz frequency ranges with self-oscillators working at high cyclotron harmonics and gyromultipliers are discussed. In both varieties of gyrotrons, selective excitation of high harmonics can be simplified by the use of electron beams describing helical trajectories whose centers are close to the cavity axis (the configuration of Large Orbit Gyrotron). In gyromultipliers, the additional selective properties are provided due to obtrusion of frequency and spatial field structure from the relatively low-frequency signal, which may be either inserted from the outside, or excited by the same electron beam used for nonlinear frequency conversion. In the latter case, the most attractive schemes for THz range are those where excitation of low- and high-frequency radiation takes place in a single volume. }}