RU2552518C2 - Method of generation of broadband electromagnetic radiation of uhf range - Google Patents

Method of generation of broadband electromagnetic radiation of uhf range Download PDF

Info

Publication number
RU2552518C2
RU2552518C2 RU2013146140/07A RU2013146140A RU2552518C2 RU 2552518 C2 RU2552518 C2 RU 2552518C2 RU 2013146140/07 A RU2013146140/07 A RU 2013146140/07A RU 2013146140 A RU2013146140 A RU 2013146140A RU 2552518 C2 RU2552518 C2 RU 2552518C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
anode
radiation
energy
electromagnetic radiation
electrons
Prior art date
Application number
RU2013146140/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013146140A (en
Inventor
Юрий Николаевич Лазарев
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом"), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина" filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Priority to RU2013146140/07A priority Critical patent/RU2552518C2/en
Publication of RU2013146140A publication Critical patent/RU2013146140A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2552518C2 publication Critical patent/RU2552518C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: method of generation of broadband electromagnetic radiation of UHF range can be used in radio engineering and electronic industry, in particular, in devices of generation of powerful broadband electromagnetic impulses (EMI) in the centimetric, millimetric and submillimetric ranges. The photo diode electrodes are powered by voltage impulse, the photocathode with a shape of the focusing mirror for laser radiation is obliquely irradiated with the pulse laser radiation therefore from the cathode electrons are emitted which are accelerated in the vacuumised inter-electrode interval, using the anode, transparent for the generated electromagnetic radiation.
EFFECT: improvement of efficiency of transformation of electrostatic energy into energy of electromagnetic radiation.
4 dwg

Description

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано при разработке генераторов мощных широкополосных электромагнитных импульсов (ЭМИ) в сантиметровом, миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн.The invention relates to microwave technology and can be used in the development of generators of powerful broadband electromagnetic pulses (EMP) in the centimeter, millimeter and submillimeter wavelength ranges.

Известен способ генерации импульсов СВЧ-излучения в приборе с виртуальным катодом (ВК) [1] (Hwang G.S., Wu M.W., Song P.S., Hou W.S., "High power microwave generation from a tunable radially extracted vircator", J. Appl. Phys., 1991, №69(3), P.1247). Этот способ генерации заключается в том, что в диодной области прибора создается импульсный электронный пучок с током выше предельного, который инжектируется через сетчатый анод в пространство дрейфа, где из-за действия объемного заряда электронов формируется виртуальный катод. Часть электронов отражается от ВК и совершает колебательное движение между реальным и виртуальным катодами. Энергия этих электронов передается электромагнитному полю. Параметры и положение виртуального катода осциллируют во времени и также вносят вклад в энергию излучения. Недостатком этого способа является низкая (около нескольких процентов) эффективность преобразования энергии электронного пучка в энергию излучения.A known method of generating pulses of microwave radiation in a device with a virtual cathode (VK) [1] (Hwang GS, Wu MW, Song PS, Hou WS, "High power microwave generation from a tunable radially extracted vircator", J. Appl. Phys. 1991, No. 69 (3), P.1247). This generation method consists in creating a pulsed electron beam with a current above the limiting current in the diode region of the device, which is injected through the mesh anode into the drift space, where a virtual cathode is formed due to the action of the space charge of the electrons. A part of the electrons is reflected from the VC and oscillates between the real and virtual cathodes. The energy of these electrons is transferred to the electromagnetic field. The parameters and position of the virtual cathode oscillate in time and also contribute to the radiation energy. The disadvantage of this method is the low (about several percent) efficiency of converting the energy of the electron beam into radiation energy.

Наиболее близким к предлагаемому способу и выбранным в качестве прототипа является способ генерации электромагнитного излучения СВЧ диапазона, описанный в работе [2] (Ю.Н. Лазарев, П.В. Петров, «Генератор ЭМИ СВЧ диапазона на основе сверхсветового источника», ЖЭТФ, 1999, T.115, С.1689), основанный на использовании для генерации ЭМИ распространяющегося со сверхсветовой скоростью импульса тока, возникающего над анодом, при инициируемом лазерным излучением разряде высоковольтного фотодиода. Он позволяет получить мощный широкополосный направленный импульс электромагнитного излучения.Closest to the proposed method and selected as a prototype is the method of generating electromagnetic radiation of the microwave range, described in [2] (Yu.N. Lazarev, PV Petrov, "Generator of electromagnetic radiation of the microwave range based on superlight source", JETP, 1999, T.115, C.1689), based on the use for the generation of electromagnetic radiation propagating with a superluminal speed current pulse arising above the anode in the discharge of a high-voltage photodiode initiated by laser radiation. It allows you to get a powerful broadband directional pulse of electromagnetic radiation.

Недостатком данного технического решения является сравнительно низкая (примерно, 12%) эффективность преобразования запасенной электростатической энергии в электромагнитную. Для достижения более высоких значений эффективности преобразования требуется существенно более высокий уровень интенсивности генерируемого излучения.The disadvantage of this technical solution is the relatively low (approximately 12%) conversion efficiency of the stored electrostatic energy into electromagnetic energy. To achieve higher conversion efficiency values, a significantly higher level of radiation intensity is required.

В рассматриваемом прототипе используется непрозрачный для ЭМИ анод и электромагнитная волна, уходящая от источника, генерируется в области над анодом. В этом случае [3, 4] (А.В. Солдатов, А.А. Соловьев, М.С. Терехина, Физика плазмы, 2007, Т.33, С.795, Ю.Н. Лазарев, Ю.Г. Сырцова, ЖЭТФ, 2012, Т.141, С.177) поверхностная плотность дипольного момента, ее производные по времени изменяются пропорционально cos2θ, θ - угол падения лазерного излучения, инициирующего разряд фотодиода, что приводит к существенному снижению мощности и энергии ЭМИ при углах θ≥45°. Виновницей этого, как показано в [4], является электромагнитная волна внутри разрядного промежутка, амплитуда которой значительно возрастает вследствие многократного отражения от электродов и которая заметно тормозит ускоряющиеся электроны, уменьшая их энергию ∝cos2θ. При непрозрачном для ЭМИ, но прозрачном для электронов аноде излучение выводится только из области над анодом, внутренняя электромагнитная волна, запертая внутри фотодиода, не дает никакого вклада в ЭМИ, уходящее от фотодиода, и в то же время отбирает значительную долю энергии электронов. Снижения энергетических характеристик источника можно избежать, если использовать для генерации ЭМИ фотодиод с прозрачным для ЭМИ анодом, в котором нет отрицательного влияния внутренней электромагнитной волны, поскольку исключены ее отражения от анода. В случае прозрачного для ЭМИ анода беспрепятственный выход внутренней волны снижает ее амплитуду. Однако в целом амплитуда волны, уходящей от источника, увеличивается. Благодаря расширению области генерации, которая теперь включает как внутреннюю, так и внешнюю области фотодиода, и увеличению энергии электронов над анодом существенно увеличивается эффективность преобразования электростатической энергии в электромагнитную.In the prototype under consideration, an anode opaque to EMR is used and an electromagnetic wave leaving the source is generated in the region above the anode. In this case [3, 4] (A.V. Soldatov, A.A. Soloviev, M.S. Terekhina, Plasma Physics, 2007, Vol.33, P.795, Yu.N. Lazarev, Yu.G. Syrtsova, ZhETF, 2012, T.141, S.177) the surface density of the dipole moment, its time derivatives change in proportion to cos 2 θ, θ is the angle of incidence of the laser radiation initiating the discharge of the photodiode, which leads to a significant decrease in the power and energy of EMP at angles θ≥45 °. The culprit of this, as shown in [4], is an electromagnetic wave inside the discharge gap, the amplitude of which increases significantly due to repeated reflection from the electrodes and which noticeably slows down the accelerating electrons, reducing their energy ∝cos 2 θ. If the anode is opaque to the EMP but transparent to the electrons, the radiation is emitted only from the region above the anode, the internal electromagnetic wave locked inside the photodiode makes no contribution to the EMP coming from the photodiode, and at the same time takes a significant fraction of the electron energy. Reducing the energy characteristics of the source can be avoided by using a photodiode with an transparent EMR anode to generate EMP, in which there is no negative influence of the internal electromagnetic wave, since its reflection from the anode is excluded. In the case of an anode transparent to EMR, the unhindered output of the internal wave reduces its amplitude. However, in general, the amplitude of the wave leaving the source increases. Due to the expansion of the generation region, which now includes both the internal and external regions of the photodiode, and the increase in the electron energy above the anode, the efficiency of converting electrostatic energy to electromagnetic energy increases significantly.

Задача настоящего изобретения заключается в создании способа, позволяющего получать импульсы широкополосного электромагнитного излучения СВЧ диапазона с существенно более высокими значениями интенсивности излучения и, как следствие, с более высокой эффективностью преобразования электростатической энергии в энергию ЭМИ.The objective of the present invention is to provide a method that allows to obtain pulses of broadband electromagnetic radiation of the microwave range with significantly higher values of the radiation intensity and, as a result, with a higher efficiency of converting electrostatic energy into electromagnetic energy.

Поставленная задача решается тем, что в способе генерации широкополосного электромагнитного излучения (ЭМИ) СВЧ диапазона, заключающемся в том, что на электроды фотодиода подают импульс напряжения, фотокатод, имеющий форму фокусирующего зеркала для лазерного излучения, наклонно облучают импульсным лазерным излучением, в результате чего с катода эмитируются электроны, которые ускоряются в вакуумированном межэлектродном промежутке, согласно изобретению, используют анод, прозрачный для генерируемого электромагнитного излучения.The problem is solved in that in a method for generating broadband electromagnetic radiation (EMP) of the microwave range, namely, that a voltage pulse is applied to the electrodes of the photodiode, the photocathode, in the form of a focusing mirror for laser radiation, is obliquely irradiated with pulsed laser radiation, as a result of which cathode emitted electrons, which are accelerated in the evacuated interelectrode gap, according to the invention, use an anode that is transparent to the generated electromagnetic radiation.

Технический результат заявляемого способа состоит в получении гораздо более интенсивной генерации ЭМИ и существенном увеличении эффективности преобразования электростатической энергии в электромагнитную вследствие увеличения размеров области генерации ЭМИ и энергии электронов над анодом. Лазерное излучение обеспечивает образование необходимого количества электронов и благодаря катоду в форме фокусирующего ЛИ зеркала - синхронизацию излучения, испускаемого различными частями фотодиода.The technical result of the proposed method consists in obtaining a much more intense generation of electromagnetic radiation and a significant increase in the efficiency of conversion of electrostatic energy into electromagnetic energy due to an increase in the size of the electromagnetic radiation generation region and the electron energy above the anode. Laser radiation provides the formation of the required number of electrons and, thanks to the cathode in the form of a focusing LI mirror, synchronizes the radiation emitted by various parts of the photodiode.

Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».The presence in the claimed invention features that distinguish it from the prototype, allows us to consider it appropriate to the condition of "novelty."

Новые признаки (а именно то, что используют анод, прозрачный для генерируемого ЭМИ) не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».New features (namely, that they use an anode that is transparent to the generated EMR) are not identified in technical solutions for a similar purpose. On this basis, we can conclude that the claimed invention meets the condition of "inventive step".

Настоящее изобретение иллюстрируется конкретными примерами, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения приведенными совокупностями существенных признаков требуемого результата.The present invention is illustrated by specific examples, which, however, are not the only possible, but clearly demonstrate the ability to achieve the above sets of essential features of the desired result.

На фиг.1 приведены данные численного расчета зависимости амплитуды dp/dτ от θ при разряде фотодиода с прозрачным для электронов и ЭМИ анодом. ο-γ-1=0.04, □-γ-1=0.2Figure 1 shows the data of a numerical calculation of the dependence of the amplitude dp / dτ on θ during the discharge of a photodiode with an anode transparent to electrons and EMR. ο-γ-1 = 0.04, □ -γ-1 = 0.2

На фиг.2 представлены результаты численного расчета зависимости ηt от γ-1 для фотодиода с прозрачным для ЭМИ и электронов анодом для различных углов падения ЛИ. θ=30°, ο - численный расчет,

Figure 00000001
- ηt=0.48(γ-1)0.45; θ=45°, + - численный расчет,
Figure 00000002
- ηt=0.77(γ-1)0.35; θ=60°, □ - численный расчет,
Figure 00000003
- ηt=0.92(γ-1)0.25.Figure 2 presents the results of a numerical calculation of the dependence of η t on γ-1 for a photodiode with an anode transparent to EMR and electrons for different incidence angles of the LI. θ = 30 °, ο - numerical calculation,
Figure 00000001
- η t = 0.48 (γ-1) 0.45 ; θ = 45 °, + - numerical calculation,
Figure 00000002
- η t = 0.77 (γ-1) 0.35 ; θ = 60 °, □ - numerical calculation,
Figure 00000003
- η t = 0.92 (γ-1) 0.25 .

На фиг.3 приведены результаты расчета зависимости амплитуды dpin/dτ от θ для двух вариантов анода: ο - анод непрозрачен для ЭМИ, □ - анод прозрачен для ЭМИ. γ-1=0.2.Figure 3 shows the results of calculating the dependence of the amplitude dp in / dτ on θ for two versions of the anode: ο - the anode is opaque to EMR, □ - the anode is transparent to EMR. γ-1 = 0.2.

На фиг.4 представлены результаты расчета зависимости эффективности преобразования электростатической энергии в электромагнитную ηin от γ-1 для различных углов падения ЛИ. Анод прозрачен для ЭМИ и непрозрачен для электронов, θ=60°-ο, θ=45°-+, θ=30°.Figure 4 presents the results of calculating the dependence of the conversion efficiency of electrostatic energy into electromagnetic energy η in on γ-1 for various angles of incidence of radiation. The anode is transparent for EMR and opaque for electrons, θ = 60 ° -ο, θ = 45 ° - +, θ = 30 °.

Физические основы предложенного изобретения поясняются ниже.The physical basis of the proposed invention is explained below.

Поскольку размеры рассматриваемого источника значительно больше характерной длины волны излучения, то изучение такого источника сводится к изучению разряда плоского фотодиода.Since the dimensions of the source under consideration are much larger than the characteristic radiation wavelength, the study of such a source reduces to the study of the discharge of a planar photodiode.

Электромагнитное поле бесконечного плоского дипольного слоя.The electromagnetic field of an infinite flat dipole layer.

Простейший фотоэмиссионный источник ЭМИ это бесконечный плоский фотодиод с прозрачным для света и электронов анодом, облучаемый плоским потоком импульсного светового излучения, например лазерного. Выбиваемые световым излучением электроны ускоряются в межэлектродном электрическом поле и, пролетев через сетку-анод, формируют в надсеточном пространстве излучающий дипольный слой. Если световое излучение формирует сверхсветовой импульс тока вблизи поверхности фотокатода, то импульс ускоренных электронов над анодом будет также сверхсветовым:The simplest photoemissive EMR source is an infinite flat photodiode with an anode transparent to light and electrons, irradiated with a flat stream of pulsed light radiation, for example, laser. The electrons knocked out by light radiation are accelerated in the interelectrode electric field and, flying through the anode grid, form a radiating dipole layer in the supergrid space. If light radiation forms a superluminal current pulse near the surface of the photocathode, then the accelerated electron pulse above the anode will also be superluminal:

Figure 00000004
Figure 00000004

θ - угол падения светового излучения.θ is the angle of incidence of light radiation.

Генерируемая этим распределением тока электромагнитная волна есть решение следующей задачи:The electromagnetic wave generated by this current distribution is the solution to the following problem:

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

при z→∞ уходящая электромагнитная волна.as z → ∞, the outgoing electromagnetic wave.

Так как плотность тока jz, являющаяся единственной причиной возникновения поля, и граничные условия зависят от x и t только в комбинации

Figure 00000007
, то и все другие величины должны зависеть от x и t аналогично. Это позволяет снизить размерность задачи, перейдя от переменных t, x, z к переменным
Figure 00000008
В этих переменных для компоненты поля Ex справедливо следующее уравнение:Since the current density j z , which is the only cause of the field, and the boundary conditions depend on x and t only in combination
Figure 00000007
, then all other quantities must depend on x and t in a similar way. This allows you to reduce the dimension of the problem by moving from variables t, x, z to variables
Figure 00000008
In these variables, the following equation holds for the field component E x :

Figure 00000009
Figure 00000009

Решение задачи (3, 4) (в чем нетрудно убедиться подстановкой) можно представить в виде:The solution to the problem (3, 4) (which is easy to verify by substitution) can be represented as:

Figure 00000010
Figure 00000010

Если плотность тока локализована внутри некоторого интервала Δz, то при z>Δz:If the current density is localized within a certain interval Δz, then for z> Δz:

Figure 00000011
Figure 00000011

Так как

Figure 00000012
где
Figure 00000013
- средняя скорость электронов излучающего слоя, Tj - характерное время изменения тока, тоAs
Figure 00000012
Where
Figure 00000013
is the average electron velocity of the radiating layer, T j is the characteristic time of the current change, then

Figure 00000014
Figure 00000014

и, следовательно, запаздыванием в выражении (6) можно пренебречьand therefore, the delay in expression (6) can be neglected

Figure 00000015
Figure 00000015

здесь

Figure 00000016
поверхностная плотность дипольного момента, ne(z,t) - плотность электронов в слое,
Figure 00000017
here
Figure 00000016
surface density of the dipole moment, n e (z, t) is the electron density in the layer,
Figure 00000017

Используя (7), получимUsing (7), we obtain

Figure 00000018
Figure 00000018

Выражения (7, 8) для полей генерируемой электромагнитной волны показывают, что она распространяется в направлении зеркальном к направлению падения света.Expressions (7, 8) for the fields of the generated electromagnetic wave show that it propagates in the mirror direction to the direction of light incidence.

Вне области локализации плотности тока значения генерируемых полей зависят только от первой производной по времени поверхностной плотности дипольного момента.Outside the region of localization of the current density, the values of the generated fields depend only on the first time derivative of the surface density of the dipole moment.

В случае плоского источника конечных размеров полученные выражения для полей справедливы в ближней зоне источника. При характерном поперечном размере источника D и межэлектродном зазоре L возможная величина ошибки мала, ~4L/D<<1.In the case of a planar source of finite dimensions, the obtained expressions for the fields are valid in the near zone of the source. With the characteristic transverse size of the source D and the interelectrode gap L, the possible error is small, ~ 4L / D << 1.

Поверхностная плотность дипольного момента.The surface density of the dipole moment.

Для расчета поверхностной плотности дипольного момента необходимы траектории движения электронов как внутри, так и вне фотодиода. Наиболее просто получить решение уравнений движения при нормальном падении светового излучения на бесконечный плоский фотокатод. В этом случае генерация ЭМИ отсутствует и выбитые светом электроны движутся только во внешнем ускоряющем поле и поле объемного заряда. Плотность дипольного момента, полученную для θ=0, можно использовать для приближенного описания поля излучения при θ≠0, которое будет тем точнее, чем меньше влияние электромагнитного поля на движение электронов.To calculate the surface density of the dipole moment, the trajectories of the electrons both inside and outside the photodiode are necessary. The simplest way is to obtain a solution of the equations of motion for a normal incidence of light on an infinite plane photocathode. In this case, the generation of electromagnetic radiation is absent and the electrons knocked out by light move only in the external accelerating field and the space charge field. The density of the dipole moment obtained for θ = 0 can be used for an approximate description of the radiation field at θ ≠ 0, which will be more accurate the smaller the influence of the electromagnetic field on the motion of electrons.

Задача имеет два временных масштаба: Tp - характерное время собственных колебаний электронной плазмы (время формирования объемного заряда), T0 - время движения электрона между электродами при начальной разности потенциалов. При низких плотностях тока эмиссии электронов Tp>>T0 и динамика процесса разряда фотодиода и генерации ЭМИ определяется Tp (Tj=Tp). При высоких плотностях тока эмиссии Tp<<T0 и в роли характерного времени задачи выступает T0.The problem has two time scales: T p is the characteristic time of the natural oscillations of the electron plasma (space charge formation time), T 0 is the electron motion time between the electrodes at the initial potential difference. At low electron emission current densities T p >> T 0 and the dynamics of the process of discharge of the photodiode and the generation of EMR is determined by T p (T j = T p ). At high emission current densities T p << T 0 and the role of the characteristic task time is T 0 .

Поле излучение выражается через производные по времени плотности дипольного момента. Значит, мощность излучения будет тем выше, чем меньше характерное время задачи и, следовательно, максимальные мощности излучения могут быть получены только в режиме ограничения тока объемным зарядом, когда Tp<<T0. Именно эта область и рассматривается в дальнейшем.The radiation field is expressed in terms of the time derivatives of the density of the dipole moment. This means that the radiation power will be the higher, the shorter the characteristic task time and, therefore, the maximum radiation power can be obtained only in the mode of limiting the current by the space charge, when T p << T 0 . This area is considered in the future.

Рассмотрим бесконечный плоский диод с прозрачным для электронов анодом, заряженный до напряжения φ0, eφ0/mc2=γ-1<<1. Ось z направлена по нормали к поверхностям катода (z=0) и анода (z=L). Катод облучается импульсом светового излучения с плоским фронтом, нормально падающим на поверхность катода и выбивающим из нее электроны с плотностью тока jk(t). Несмотря на то, что поле Ez изменяется и во времени и в пространстве, в начале разряда существует достаточно большой промежуток времени, в течение которого каждый электрон движется под действием постоянной силы, испытывающей скачок при переходе через анод. На заряд dσ=-jk(t1)dt, эмитированный с поверхности катода в момент времени t=t1, при t>t1, внутри диода действует электрическое полеConsider an infinite flat diode with an anode transparent to electrons, charged to a voltage of φ 0 , eφ 0 / mc 2 = γ-1 << 1. The z axis is directed normal to the surfaces of the cathode (z = 0) and the anode (z = L). The cathode is irradiated by a light pulse with a flat front, normally incident on the cathode surface and knocking electrons out of it with a current density j k (t). Despite the fact that the field E z varies both in time and in space, at the beginning of the discharge there is a sufficiently large period of time during which each electron moves under the action of a constant force that experiences a jump when passing through the anode. The charge dσ = -j k (t 1 ) dt emitted from the cathode surface at time t = t 1 , for t> t 1 , an electric field acts inside the diode

Figure 00000019
Figure 00000019

направленное вдоль z. Это то значение электрического поля, которое было на катоде в момент появления электрона. Оно состоит из внешнего поля -E0 и поля объемного заряда уже эмитированных к этому моменту времени электронов. Вне диода действует только поле объемного зарядаdirected along z. This is the value of the electric field that was on the cathode at the time the electron appeared. It consists of an external field -E 0 and a space charge field already emitted by this point in time electrons. Outside the diode, only the space charge field

Figure 00000020
Figure 00000020

Таким образом, действующее на электрон электрическое поле и траектория движения электрона описываются следующими уравнениями:Thus, the electric field acting on the electron and the electron trajectory are described by the following equations:

Figure 00000021
Figure 00000021

Figure 00000022
Figure 00000022

Пусть для определенности плотность тока эмитированных электронов изменяется линейно со временемFor definiteness, let the current density of emitted electrons vary linearly with time

Figure 00000023
Figure 00000023

В случае использования лазерного излучения (ЛИ) это примерно соответствует поведению эмиссионной плотности тока при малых временах (t<τF, τF - ширина фронта лазерного импульса).In the case of using laser radiation (LI), this approximately corresponds to the behavior of the emission current density at short times (t <τ F , τ F is the width of the front of the laser pulse).

Запишем уравнения (15, 16) в обезразмеренном виде.We write equations (15, 16) in a dimensionless form.

Figure 00000024
Figure 00000024

Figure 00000025
Figure 00000025

Здесь u=E/E0, τ=t/T0, b=T0/Tp, z=Z/L,

Figure 00000026
характерное время собственных колебаний электронной плазмы,
Figure 00000027
- время движения электрона между электродами при начальной разности потенциалов φ0.Here u = E / E 0 , τ = t / T 0 , b = T 0 / T p , z = Z / L,
Figure 00000026
characteristic time of natural oscillations of the electron plasma,
Figure 00000027
- the time of motion of the electron between the electrodes at the initial potential difference φ 0 .

Уравнения (18, 19) имеют следующее решение:Equations (18, 19) have the following solution:

Figure 00000028
Figure 00000028

Figure 00000029
Figure 00000029

Figure 00000030
Figure 00000030

Figure 00000031
Figure 00000031

Figure 00000032
- момент времени, когда электрон, испущенный при τ=τ1 попадает на анод и покидает межэлектродный промежуток. Этот электрон вновь пересечет анод и возвратится в межэлектродный промежуток в момент времени
Figure 00000033
.
Figure 00000032
- the point in time when the electron emitted at τ = τ 1 hits the anode and leaves the interelectrode gap. This electron will again cross the anode and return to the interelectrode gap at time
Figure 00000033
.

Функция τA1) - монотонно возрастающая функция τ1, в то время как τR1) имеет минимум

Figure 00000034
что свидетельствует о пересечении электронных траекторий при достаточно больших временах, порядка
Figure 00000035
или более.The function τ A1 ) is a monotonically increasing function of τ 1 , while τ R1 ) has a minimum
Figure 00000034
which indicates the intersection of electronic trajectories at sufficiently large times, of the order
Figure 00000035
or more.

Момент времени τi, в который две электронные траектории пересекаются, находится из решения уравнения

Figure 00000036
. Обозначим τm минимальное из всех возможных значений τim=min(τi).The moment of time τ i at which two electron trajectories intersect is found from the solution of the equation
Figure 00000036
. Denote by τ m the minimum of all possible values of τ i : τ m = min (τ i ).

Однозначная связь между временем, когда был испущен электрон, и действующим на него полем существует только до тех пор, пока электронные траектории не пересекаются. Следовательно, выражения (13, 14) для действующего на электрон электрического поля справедливы только при τ≤τm. Тогда же можно пользоваться и выражениями (22, 23) для траекторий движения электронов. При

Figure 00000037
Для задач, изучающих генерацию электромагнитного поля, это достаточно большое время, поскольку к этому моменту генерация практически заканчивается.An unambiguous relationship between the time when the electron was emitted and the field acting on it exists only until the electron trajectories intersect. Therefore, expressions (13, 14) for an electric field acting on an electron are valid only for τ≤τ m . Then it is possible to use expressions (22, 23) for the electron trajectories. At
Figure 00000037
For tasks studying the generation of an electromagnetic field, this is a fairly long time, because by this moment the generation is almost over.

Из полученного решения уравнений движения также следует, что при

Figure 00000038
электрическое поле на катоде обращается в 0 и электроны, выбитые световыми квантами при τ≥τb, не могут покинуть поверхность катода и внести вклад в разрядный ток;From the obtained solution of the equations of motion it also follows that for
Figure 00000038
the electric field at the cathode turns to 0 and the electrons knocked out by light quanta at τ≥τ b cannot leave the cathode surface and contribute to the discharge current;

при τ≤1 все эмитированные электроны находятся внутри диода.at τ≤1, all emitted electrons are inside the diode.

Зная траектории движения электронов, можно вычислить плотность дипольного момента и ее производные по времени внутри и вне диода (далее в этом разделе в выражениях для p и ее производных опущен знак минус):Knowing the electron trajectory, we can calculate the density of the dipole moment and its time derivatives inside and outside the diode (the minus sign is omitted in the expressions for p and its derivatives later in this section):

Figure 00000039
Figure 00000039

τb<1, 0<τ≤τb ⇒ α=0, β=τ, τb<τ<1 ⇒ α=0, β=τb; τ≥1 ⇒ α=τL, β=τb, где τL решение уравнения

Figure 00000040
единичная функция: η=1, если x≥0, η=0, если x<0.τ b <1, 0 <τ≤τ b ⇒ α = 0, β = τ, τ b <τ <1 ⇒ α = 0, β = τ b ; τ≥1 ⇒ α = τ L , β = τ b , where τ L is the solution of the equation
Figure 00000040
unit function: η = 1 if x≥0, η = 0 if x <0.

p=P/P0 - безразмерная плотность дипольного момента, P0=mc2[γ-1)/4πe, Р0·q(τ)=P0b3τ2/2 - заряд, эмитированный с катода к моменту времени τ, q=qin+qout, qin - безразмерный заряд, находящийся внутри диода, qout - вне.p = P / P 0 - dimensionless density dipole moment, P 0 = mc 2 [γ-1) / 4πe, P 0 · q (τ) = P 0 b 3 τ 2/2 - charge emitted from the cathode to the time τ, q = q in + q out , q in is the dimensionless charge inside the diode, q out is outside.

Figure 00000041
Figure 00000041

Figure 00000042
Figure 00000042

Как уже отмечалось, при исследовании процесса излучения электромагнитных волн интерес представляют производные плотности дипольного момента, поскольку генерируемые электромагнитные поля выражаются через эти величины.As already noted, in studying the process of electromagnetic wave emission, the derivatives of the density of the dipole moment are of interest, since the generated electromagnetic fields are expressed through these quantities.

Figure 00000043
Figure 00000043

Figure 00000044
Figure 00000044

Максимальные значения безразмерных функций dpin/dτ, dpout/dτ, с ошибкой ≤3% описываются следующими формулами (b>>1):The maximum values of the dimensionless functions dp in / dτ, dp out / dτ, with an error of ≤3% are described by the following formulas (b >> 1):

Figure 00000045
Figure 00000045

Таким образом, при достаточно больших значениях плотности тока эмиссии (b>>1) амплитудные значения производных плотности дипольного момента по времени пропорциональны соответствующим масштабным коэффициентам:Thus, at sufficiently large values of the emission current density (b >> 1), the amplitude values of the derivatives of the density of the dipole moment with respect to time are proportional to the corresponding scale factors:

Figure 00000046
Figure 00000046

Figure 00000047
Figure 00000047

и, следовательно, зависят только от энергии mc2(γ-1), которую электроны могут набрать при прохождении через диод, и длины межэлектродного промежутка L. Детали поведения эмиссионного тока роли не играют. Главное, чтобы он был настолько большим, что b>>1.and, therefore, depend only on the energy mc 2 (γ-1), which the electrons can gain when passing through the diode, and the length of the interelectrode gap L. Details of the behavior of the emission current do not play a role. The main thing is that it be so large that b >> 1.

Мощность и энергия источникаPower and energy source

Оценку значений энергии U и мощности Ф источника проще всего получить, рассматривая его излучение в ближней зоне. В зоне источника расходимость пучка излучения еще пренебрежимо мала, фронт пучка плоский и площадь поперечного сечения пучка излучения равна площади проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную направлению распространения излучения, а магнитное поле пропорционально первой производной по времени поверхностной плотности дипольного моментаThe easiest way to estimate the energy U and power Φ of a source is by considering its radiation in the near field. In the source zone, the divergence of the radiation beam is still negligible, the beam front is flat and the cross-sectional area of the radiation beam is equal to the projection area of the emitting surface onto a plane perpendicular to the direction of radiation propagation, and the magnetic field is proportional to the first time derivative of the surface density of the dipole moment

Figure 00000048
Figure 00000048

Фотодиод с непрозрачным для ЭМИ анодомPhotodiode with an opaque EMR anode

В случае непрозрачного для ЭМИ анода уходящая от источника волна генерируется в области над анодом и, следовательно, P=Pout. Так как согласно [3, 4] Pout(θ)≈cos2θPout(θ=0), то, используя решение задачи о разряде бесконечного плоского диода, можно представить dPout/dt в следующем виде:In the case of an anode that is opaque to the EMR, a wave leaving the source is generated in the region above the anode and, therefore, P = P out . Since, according to [3, 4], P out (θ) ≈cos 2 θP out (θ = 0), using the solution to the discharge problem of an infinite flat diode, we can represent dP out / dt in the following form:

Figure 00000049
Figure 00000049

где безразмерная функция pout(τ)=dpout/dτ.where the dimensionless function p out (τ) = dp out / dτ.

После подстановки (31) в (30) и проведения необходимых вычислений

Figure 00000050
получим:After substituting (31) into (30) and performing the necessary calculations
Figure 00000050
we get:

Figure 00000051
Figure 00000051

V=SL, ,[S]=см2, [L]=см.V = SL,, [S] = cm 2 , [L] = cm.

Функция sin2θcos3θ в имеет максимум в точке θ=θm,

Figure 00000052
sin2θm cos3θm≈0.186.The function sin 2 θcos 3 θ в has a maximum at the point θ = θ m ,
Figure 00000052
sin 2 θ m cos 3 θ m ≈ 0.186.

С единицы площади рассматриваемого источника ЭМИ можно снять(θ=θm):From the unit area of the considered source of electromagnetic radiation can be removed (θ = θ m ):

Figure 00000053
Figure 00000053

Зная энергию СВЧ излучения и энергию, запасенную в межэлектродном промежуткеKnowing the energy of microwave radiation and the energy stored in the interelectrode gap

Figure 00000054
Figure 00000054

можно найти кпд источникаcan find source efficiency

Figure 00000055
Figure 00000055

Фотодиод с прозрачным для ЭМИ анодомPhotodiode with an EMP transparent anode

В общем случае при разряде фотодиода движение электронов происходит как внутри, так и вне фотодиода (над анодом). Соответственно возникают две области генерации электромагнитной волны: внутренняя и внешняя, с общей границей между ними - анодом. Ясно, что характеристики генерируемых электромагнитных волн должны зависеть от свойств этой границы. Однако до недавнего времени этому обстоятельству не придавалось должного значения. Изучался лишь вариант источника с непрозрачным для ЭМИ анодом, в котором электромагнитная волна, уходящая от источника, была волной, генерируемой в области над анодом. Обнаруженная сильная зависимость энергетических характеристик генерируемого ЭМИ от угла падения ЛИ стала неприятным сюрпризом, заставившим искать выход из создавшейся ситуации.In the general case, when a photodiode is discharged, the movement of electrons occurs both inside and outside the photodiode (above the anode). Accordingly, two areas of electromagnetic wave generation arise: internal and external, with a common boundary between them - the anode. It is clear that the characteristics of the generated electromagnetic waves should depend on the properties of this boundary. However, until recently, this circumstance was not given due importance. We studied only the version of the source with an opaque EMR anode, in which the electromagnetic wave leaving the source was a wave generated in the region above the anode. The discovered strong dependence of the energy characteristics of the generated EMR on the angle of incidence of the LI was an unpleasant surprise, which forced us to look for a way out of this situation.

Согласно [3, 4] снижение амплитуды плотности дипольного момента является следствием торможения ускоряющихся электронов в поле генерируемой ими волны. Амплитуда этой волны достигает значений, сравнимых с ускоряющим полем из-за сложения волн, отраженных от электродов фотодиода. Отсюда следует, что можно предотвратить или уменьшить этот нежелательный рост амплитуды электромагнитной волны внутри фотодиода, если полностью или частично лишить волну возможности отражаться от электродов. Для этого достаточно использовать прозрачный для ЭМИ анод. Можно назвать, по крайней мере, два случая, когда анод будет прозрачным для ЭМИ.According to [3, 4], a decrease in the amplitude of the density of the dipole moment is a consequence of the deceleration of accelerating electrons in the field of the wave they generate. The amplitude of this wave reaches values comparable to the accelerating field due to the addition of waves reflected from the electrodes of the photodiode. It follows that this unwanted increase in the amplitude of the electromagnetic wave inside the photodiode can be prevented or reduced if the wave is completely or partially deprived of the ability to be reflected from the electrodes. To do this, it is enough to use an anode transparent to EMR. There are at least two cases where the anode will be transparent to EMR.

Когда толщина анода меньше толщины скин-слояWhen the thickness of the anode is less than the thickness of the skin layer

Когда проволочки сетчатого анода расположены перпендикулярно плоскости падения света.When the wires of the mesh anode are perpendicular to the plane of incidence of light.

Итак, предположим, что электромагнитная волна проходит через анод фотодиода, который прозрачен и для электронов. Проинтегрировав уравнение Максвелла для компоненты поля Ez по области локализации плотности тока электронов Lj≈2LSo, suppose that an electromagnetic wave passes through the anode of a photodiode, which is also transparent to electrons. Integrating the Maxwell equation for the field component E z over the localization region of the electron current density L j ≈2L

Figure 00000056
Figure 00000056

получим:we get:

Figure 00000057
Figure 00000057

Как было показано ранее, вне области локализации плотности токаAs shown earlier, outside the current density localization region

Figure 00000058
Figure 00000058

(предполагается, что Ljcosθ/с<<T0). Следовательно(it is assumed that L j cosθ / s << T 0 ). Hence

Figure 00000059
Figure 00000059

Таким образом, в выражении, связывающем EZ и

Figure 00000060
отсутствует cos2θ и оно совпадает с аналогичным выражением при θ=0, когда генерации электромагнитной волны вообще нет. Следовательно, можно считать, что
Figure 00000061
и для компоненты поля Ez справедлива следующая оценка:Thus, in the expression linking E Z and
Figure 00000060
cos 2 θ is absent and it coincides with a similar expression for θ = 0, when there is no electromagnetic wave generation at all. Therefore, we can assume that
Figure 00000061
and for the field component E z the following estimate holds:

Figure 00000062
Figure 00000062

Из этой оценки следует, что в рассматриваемом случае при достаточно низких ускоряющих напряжениях и/или достаточно малых углах падения, когда

Figure 00000063
влиянием электромагнитной волны на движение электронов можно пренебречь.From this estimate it follows that in the case under consideration at sufficiently low accelerating voltages and / or sufficiently small angles of incidence, when
Figure 00000063
the influence of an electromagnetic wave on the motion of electrons can be neglected.

В генерации волны принимают участие как внутренняя, так и внешняя области фотодиода. Поэтому поверхностная плотность дипольного момента есть сумма внутренней и внешней плотностей:Both internal and external regions of the photodiode take part in wave generation. Therefore, the surface density of the dipole moment is the sum of the internal and external densities:

P=Pin+Pout.P = P in + P out .

СоответственноRespectively

dP/dt=dPin/dt+dPout/dt.dP / dt = dP in / dt + dP out / dt.

Из решения задачи о разряде бесконечного плоского диода следует, что dP/dt можно представить в следующем виде:From the solution of the discharge problem of an infinite flat diode it follows that dP / dt can be represented in the following form:

Figure 00000064
Figure 00000064

где безразмерная функция p(τ)=dp/dτ имеет амплитуду ≈1.where the dimensionless function p (τ) = dp / dτ has an amplitude of ≈1.

Подставляя (36) в (30), с учетом того, что

Figure 00000065
a (dp/dτ)max≈1.17, получим выражения для характеристик рассматриваемого источника излучения.Substituting (36) into (30), given that
Figure 00000065
a (dp / dτ) max ≈1.17, we obtain expressions for the characteristics of the considered radiation source.

Figure 00000066
Figure 00000066

С единицы площади рассматриваемого фотоэмиссионного источника ЭМИ можно снять:From the unit area of the photoemission source under consideration, EMR can be removed:

Figure 00000067
Figure 00000067

кпд источникаsource efficiency

Figure 00000068
Figure 00000068

Полученные аналитические результаты опираются на предположение, что выполняется сильное неравенство Ljcosθ/с<<T0. Кроме того, предполагается, что Lj≈2L. В результате чего исходное неравенство сводится к неравенствуThe obtained analytical results are based on the assumption that the strong inequality L j cosθ / s << T 0 is satisfied. In addition, it is assumed that L j ≈ 2L. As a result, the original inequality reduces to inequality

Figure 00000069
Figure 00000069

которое при γ-1<<1 (например, γ-1 меньше или порядка 0.01) выполняется для всех углов. Таким образом, при γ-1<<1 полученные результаты применимы, если справедливо предположение Lj≈2L. Размер области, где локализованы электроны, изменяется в течение разряда и, вообще говоря, может быть заметно больше 2L. Однако, для оценки предельных характеристик, времена после момента времени τmax, когда производная dp/dτ, а с ней и амплитуды полей достигает максимума, интереса не представляют. При

Figure 00000070
В этот момент, согласно выражению для траектории электрона (23), все электроны находятся внутри отрезка 0≤z≤2L. Учет поля волны не может увеличить размер этого промежутка, поскольку волна тормозит электроны. Следовательно, выбор Lj≈2L обоснован и неравенство (40) выполняется всегда, когда γ-1<<1.which for γ-1 << 1 (for example, γ-1 is less than or of the order of 0.01) is satisfied for all angles. Thus, for γ-1 << 1, the results are applicable if the assumption L j ≈2L is true. The size of the region where the electrons are localized varies during the discharge and, generally speaking, can be noticeably larger than 2L. However, to estimate the limiting characteristics, the times after the time moment τ max , when the derivative dp / dτ, and with it the field amplitudes reaches a maximum, are of no interest. At
Figure 00000070
At this moment, according to the expression for the electron trajectory (23), all the electrons are inside the interval 0≤z≤2L. Taking into account the wave field cannot increase the size of this gap, since the wave slows down the electrons. Therefore, the choice of L j ≈ 2L is justified and inequality (40) is always satisfied when γ-1 << 1.

При значениях γ-1<1, например, около 0.2 или более и углах θ не слишком близких к 90° вместо сильного неравенства (40) может выполняться только слабое неравенство:For values of γ-1 <1, for example, about 0.2 or more and angles θ not too close to 90 °, instead of strong inequality (40), only a weak inequality can be fulfilled:

Figure 00000071
Figure 00000071

Численное изучение разряда фотодиода с прозрачным для ЭМИ и электронов анодом показало, что и в этом случае все выводы аналитического подхода остаются в силе.A numerical study of the discharge of a photodiode with an anode transparent to EMR and electrons has shown that in this case all the conclusions of the analytical approach remain valid.

Анализ выражения (39) для кпд преобразования электростатической энергии в электромагнитную, с учетом ограничений, которые были сделаны в процессе вывода этого выражения, показывает, что рассматриваемый вариант фотоэмиссионного источника может иметь кпд заметно выше 50%. Этот вывод подтверждают результаты численных расчетов.An analysis of expression (39) for the efficiency of conversion of electrostatic energy into electromagnetic energy, taking into account the restrictions that were made in the process of deriving this expression, shows that the considered version of the photoemissive source can have an efficiency significantly higher than 50%. This conclusion is confirmed by the results of numerical calculations.

Если же анод непрозрачен для электронов, то характеристики генерируемого электромагнитного поля в ближней зоне будут определяться dPin/dt. В этом случае (dpin/dτ)max=1,

Figure 00000072
что приводит к соответствующим изменениям в выражениях для характеристик источника:If the anode is opaque to electrons, then the characteristics of the generated electromagnetic field in the near field will be determined by dP in / dt. In this case (dp in / dτ) max = 1,
Figure 00000072
which leads to corresponding changes in the expressions for the characteristics of the source:

Figure 00000073
Figure 00000073

Figure 00000074
Figure 00000074

Описание численных расчетов генерации ЭМИ при разряде плоского фотодиодаDescription of numerical calculations of the generation of electromagnetic radiation during the discharge of a planar photodiode

При численном изучении динамики разряда плоского фотодиода в двумерной постановке решались уравнения Максвелла и уравнения движения электронов. Предполагалось, что ЛИ облучает фотокатод, проходя через прозрачный для ЛИ анод. Исследовались характеристики электромагнитной волны внутри фотодиода для различных значений угла падения ЛИ. Длина фотодиода изменялась от Lx=0.2 см до Lx=5 см, межэлектродный зазор L=0.1 см, φ(z=-L)=-100 кВ, φ(z=0)=0. Данные расчетов в сравнении с соответствующими аналитическими результатами представлены на рисунках.In a numerical study of the dynamics of a discharge of a planar photodiode in a two-dimensional formulation, the Maxwell equations and the equations of electron motion were solved. It was assumed that LI irradiates the photocathode passing through a transparent anode for LI. We studied the characteristics of the electromagnetic wave inside the photodiode for various values of the angle of incidence of the laser radiation. The length of the photodiode varied from L x = 0.2 cm to L x = 5 cm, the interelectrode gap was L = 0.1 cm, φ (z = -L) = - 100 kV, φ (z = 0) = 0. The calculation data in comparison with the corresponding analytical results are presented in the figures.

Результаты аналитического и численного исследования разряда плоского фотодиода, инициируемого плоским потоком ЛИ, наклонно падающим на фотокатод, показывают, что в случае использования прозрачного для ЭМИ анодаThe results of an analytical and numerical study of the discharge of a planar photodiode initiated by a planar LI flux obliquely incident on the photocathode show that in the case of using an anode transparent to EMR

- при θ≥60° плотность потока электромагнитной энергии в десять и более раз превышает плотность потока электромагнитной энергии источника с непрозрачным для ЭМИ анодом;- at θ≥60 ° the flux density of electromagnetic energy is ten or more times higher than the flux density of the electromagnetic energy of a source with an anode that is opaque to the EMP;

- кпд преобразования электростатической энергии в электромагнитную превышает 50%.- the efficiency of conversion of electrostatic energy into electromagnetic energy exceeds 50%.

(повысить кпд и интенсивность электромагнитного излучения). Таким образом, источник электромагнитного излучения, использующий для генерации ЭМИ разряд фотодиода с прозрачным для ЭМИ анодом, имеет существенно более высокие энергетические характеристики, чем его аналог в известном техническом решении с непрозрачным для ЭМИ анодом, в котором ЭМИ генерируется дипольным слоем над анодом. При E00/L≈106 в/см, L=0.1 см θ=60° мощность, снимаемая с 1 см2 излучающей апертуры предлагаемого источника, будет ~109 Вт.(increase the efficiency and intensity of electromagnetic radiation). Thus, an electromagnetic radiation source that uses a photodiode discharge with an EMP transparent anode to generate an EMP has significantly higher energy characteristics than its counterpart in the known technical solution with an opaque EMP anode in which the EMP is generated by a dipole layer above the anode. When E 0 = φ 0 / L≈10 6 V / cm, L = 0.1 cm θ = 60 °, the power taken from 1 cm 2 of the radiating aperture of the proposed source will be ~ 10 9 W.

Снижения энергетических характеристик источника можно избежать, если использовать для генерации ЭМИ фотодиод с прозрачным для ЭМИ анодом, в котором нет отрицательного влияния внутренней электромагнитной волны, поскольку исключены ее отражения от анода. В случае прозрачного для ЭМИ анода беспрепятственный выход внутренней волны снижает ее амплитуду. Однако в целом амплитуда волны, уходящей от источника, увеличивается. Благодаря расширению области генерации, которая теперь включает как внутреннюю, так и внешнюю области фотодиода, и увеличению энергии электронов над анодом существенно увеличивается эффективность преобразования электростатической энергии в электромагнитную.Reducing the energy characteristics of the source can be avoided by using a photodiode with an transparent EMR anode to generate EMP, in which there is no negative influence of the internal electromagnetic wave, since its reflection from the anode is excluded. In the case of an anode transparent to EMR, the unhindered output of the internal wave reduces its amplitude. However, in general, the amplitude of the wave leaving the source increases. Due to the expansion of the generation region, which now includes both the internal and external regions of the photodiode, and the increase in the electron energy above the anode, the efficiency of converting electrostatic energy to electromagnetic energy increases significantly.

Использование данного изобретения позволит получать более мощные импульсы широкополосного ЭМИ СВЧ диапазона.The use of this invention will allow to obtain more powerful pulses of a broadband EMP microwave range.

Для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность осуществления способа генерации широкополосного электромагнитного излучения СВЧ диапазона и способность обеспечения достижения усматриваемого заявителем технического результата.For the claimed invention, in the form described in the claims, the possibility of implementing a method for generating broadband electromagnetic radiation of the microwave range and the ability to achieve the technical result perceived by the applicant is confirmed.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".

Claims (1)

Способ генерации широкополосного электромагнитного излучения СВЧ диапазона, заключающийся в том, что на электроды фотодиода подают импульс напряжения, фотокатод, имеющий форму фокусирующего зеркала для лазерного излучения, наклонно облучают импульсным лазерным излучением, в результате чего с катода эмитируются электроны, которые ускоряются в вакуумированном межэлектродном промежутке, отличающийся тем, что используют анод, прозрачный для генерируемого электромагнитного излучения. A method for generating broadband electromagnetic radiation of the microwave range, namely, that a voltage pulse is applied to the electrodes of the photodiode, a photocathode in the form of a focusing mirror for laser radiation is obliquely irradiated with pulsed laser radiation, as a result of which electrons are emitted from the cathode, which are accelerated in the evacuated interelectrode gap characterized in that they use an anode that is transparent to the generated electromagnetic radiation.
RU2013146140/07A 2013-10-15 2013-10-15 Method of generation of broadband electromagnetic radiation of uhf range RU2552518C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013146140/07A RU2552518C2 (en) 2013-10-15 2013-10-15 Method of generation of broadband electromagnetic radiation of uhf range

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013146140/07A RU2552518C2 (en) 2013-10-15 2013-10-15 Method of generation of broadband electromagnetic radiation of uhf range

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013146140A RU2013146140A (en) 2015-04-20
RU2552518C2 true RU2552518C2 (en) 2015-06-10

Family

ID=53282821

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013146140/07A RU2552518C2 (en) 2013-10-15 2013-10-15 Method of generation of broadband electromagnetic radiation of uhf range

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2552518C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2611574C2 (en) * 2015-08-03 2017-02-28 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Method for generating electromagnetic radiation of uhf range

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4453108A (en) * 1980-11-21 1984-06-05 William Marsh Rice University Device for generating RF energy from electromagnetic radiation of another form such as light
RU2175154C2 (en) * 1999-11-15 2001-10-20 Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики Electromagnetic pulse generator
US7285916B2 (en) * 2005-07-15 2007-10-23 New Power Plasma Co., Ltd. Multi chamber plasma process system
RU2488909C2 (en) * 2011-07-06 2013-07-27 Юрий Николаевич Лазарев Method for generation of uhf range broadband electromagnetic radiation and device for its implementation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4453108A (en) * 1980-11-21 1984-06-05 William Marsh Rice University Device for generating RF energy from electromagnetic radiation of another form such as light
RU2175154C2 (en) * 1999-11-15 2001-10-20 Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики Electromagnetic pulse generator
US7285916B2 (en) * 2005-07-15 2007-10-23 New Power Plasma Co., Ltd. Multi chamber plasma process system
RU2488909C2 (en) * 2011-07-06 2013-07-27 Юрий Николаевич Лазарев Method for generation of uhf range broadband electromagnetic radiation and device for its implementation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЖЭТФ, 1999, T.115, c.1689. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2611574C2 (en) * 2015-08-03 2017-02-28 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Method for generating electromagnetic radiation of uhf range

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013146140A (en) 2015-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Levko et al. Early stage time evolution of a dense nanosecond microdischarge used in fast optical switching applications
Champeaux et al. 3-D PIC numerical investigations of a novel concept of multistage axial vircator for enhanced microwave generation
Gonoskov et al. Multicascade proton acceleration by a superintense laser pulse in the regime of relativistically induced slab transparency
US7710007B2 (en) Conversion of ultra-intense infrared laser energy into relativistic particles
Schweigert et al. Breakdown in helium in high-voltage open discharge with subnanosecond current front rise
Sadighi-Bonabi et al. Observation of quasi mono-energetic electron bunches in the new ellipsoid cavity model
Billa et al. H-plane and E-plane loaded rectangular slow-wave structure for terahertz TWT amplifier
RU2488909C2 (en) Method for generation of uhf range broadband electromagnetic radiation and device for its implementation
RU2552518C2 (en) Method of generation of broadband electromagnetic radiation of uhf range
Welch et al. Transport of a relativistic electron beam in gas and plasma-filled focusing cells for X-ray radiography
Sugimoto et al. Positron generation and acceleration in a self-organized photon collider enabled by an ultraintense laser pulse
Jiang et al. Injection dynamics of direct-laser-accelerated electrons in a relativistically transparent plasma
Bukharskii et al. Study of a Highly Magnetized Relativistic Plasma in the Context of Laboratory Astrophysics and Particle Flow Control
Hubbard et al. Scaling of accelerating gradients and dephasing effects in channel-guided laser wakefield accelerators
RU2562831C1 (en) Generator of electromagnetic pulses
RU2390068C1 (en) Laser source of multicharged ions
Baiwen et al. Acceleration of high-quality, well-collimated return beam of relativistic electrons by intense laser pulse in a low-density plasma
Sakharov et al. Particle-in-cell simulation of multipactor discharge on a dielectric in a parallel-plate waveguide
RU2611574C2 (en) Method for generating electromagnetic radiation of uhf range
RU2364979C1 (en) Method of ions acceleration and device for its realization
Singh et al. PIC simulation of effect of energy-dependent foil transparency in an axially-extracted vircator
Andreev Superstrong light (achievements and prospects)
Lazarev et al. Microwave generation by a superluminal source at limiting current densities
RU2444082C2 (en) Generator of microwave signals on virtual cathode
Nikiforov et al. Simulation of a radio-frequency photogun for the generation of ultrashort beams