В Институте прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук (ИПФ РАН) впервые экспериментально продемонстрирована компрессия микроволнового излучения гиротрона мощностью десятки киловатт на частоте 170 ГГц. В разработанном компрессоре использован сверхразмерный полупроводниковый переключатель в виде пластины арсенида галлия. В процессе накопления энергии переключатель прозрачен для микроволн. При подаче на него лазерного импульса пикосекундной длительности переключатель отражает циркулирующий в компрессоре волновой пучок, формируя микроволновый импульс выходного излучения мощностью 0,4 МВт.
Схема компрессии излучения гиротрона. Источник: ИПФ РАН
Разработанный прибор объединяет многолетние наработки ИПФ РАН сразу из нескольких областей: электроники больших мощностей, физики лазеров и физики полупроводников. Поэтому неслучайно, что именно в ИПФ РАН впервые в мире продемонстрирована компрессия выходного излучения гиротрона. Основным конкурентам, например в США, в приборах такого типа удалось скомпрессировать лишь излучение полупроводниковых генераторов, мощность которых в тысячи раз меньше, чем у гиротронов.
В настоящее время в ИПФ РАН разрабатывается следующее поколение данного прибора для компрессии излучения мегаваттных гиротронов. Уникальное сочетание параметров таких систем (пиковая мощность порядка десятков мегаватт, наносекундная длительность и стабильность фазы) делает их перспективными для использования в ускорителях заряженных частиц следующего поколения. В существующих ускорителях используются источники и компрессоры только на частотах в единицы гигагерц. Переход к частоте 170 ГГц и длительностям импульсов порядка наносекунды позволит значительно нарастить темп ускорения и сократить размеры ускорителей с сотен метров до десятков. Потребность в ускорителях весьма высока, т.к. они являются не только одним из основных инструментов фундаментальных исследований микромира, но также становятся все более необходимыми для решения важных прикладных задач. Исследования сложных молекул, новых материалов и химических соединений проводятся на ускорительных комплексах, количество которых в мире и в России весьма ограничено.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, проект № 19-79-30071.
Авторский коллектив: Г.Г. Денисов, А.В. Палицин, Д.И. Соболев, А.Н. Куфтин, В.В. Паршин, М.В. Морозкин, А.В. Чирков, М.Ю. Глявин
Публикация:
- G. G. Denisov, A. V. Palitsin, D. I. Sobolev, A. N. Kuftin, V. V. Parshin, M. V. Morozkin, A. V. Chirkov, and M. Yu. Glyavin, "Compression of 20 kW 170 GHz gyrotron output radiation by quasi-optical resonator with laser activated GaAs switch," in IEEE Electron Device Letters, vol. 45, no. 10, pp. 2040-2043, Oct. 2024, doi: 10.1109/LED.2024.3447127.
Информация предоставлена пресс-службой ИПФ РАН
Источник иллюстрации: ИПФ РАН
