В Институте прикладной физики имени А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук впервые продемонстрирована экспериментальная компрессия микроволнового излучения гиротрона мощностью десятков киловатт на частоте 170 ГГц. В разработанном компрессоре использован сверхразмерный полупроводниковый переключатель в виде пластины арсенида галлия. При накоплении энергии переключатель прозрачен для микроволн. При подаче на него лазерного импульса пикосекундной длительности, он отражает циркулирующий в компрессоре волновой пучок, формируя микроволновый импульс выходного излучения мощностью 0,4 МВт.
Схема сжатия излучения гиротрона.
Созданный прибор интегрирует многолетние достижения Института прикладной физики РАН в электронике больших мощностей, лазерной физике и физике полупроводников. По этой причине именно в ИПФ РАН впервые в мире продемонстрирована компрессия выходного излучения гиротрона. Основным конкурентам, например в США, в устройствах такого типа удалось скомпрессировать только излучение полупроводниковых генераторов, мощность которых на порядок меньше мощности гиротронов.
В Институте физики полупроводников Российской академии наук разрабатывается новое поколение приборов для сжатия излучения мегаваттных гиротронов. Уникальное сочетание параметров таких систем (пиковая мощность десятков мегаватт, наносекундная длительность импульсов и стабильность фазы) делает их перспективными для ускорителей заряженных частиц нового поколения. В существующих ускорителях применяются источники и компрессоры только на частотах в единицы гигагерц. Переход к частоте 170 ГГц и длительностям импульсов порядка наносекунды позволит значительно повысить темп ускорения и сократить размеры ускорителей с сотен метров до десятков. Потребность в ускорителях высока, поскольку они являются не только основным инструментом фундаментальных исследований микромира, но и всё более необходимым оборудованием для решения важных прикладных задач. Исследования сложных молекул, новых материалов и химических соединений проводятся на ускорительных комплексах, количество которых в мире и в России ограничено.
Финансирование работы осуществлено Российским научным фондом в рамках проекта № 19-79-30071.
Коллектив авторов: Денисов Г.Г., Палицин А.В., Соболев Д.И., Куфтин А.Н., Паршин В.В., Морозкин М.В., Чирков А.В., Глявин М.Ю.
Публикация:
- Денисов Г.Г., Па litsин А.В., Соболев Д.И., Куфтин А.Н., Паршин В.В., Морозкин М.В., Чирков А.В., Глявин М.Ю. «Сжатие выходного излучения 20 кВт гиротрона на частоте 170 ГГц квазиоптическим резонатором с лазерно активированным переключателем из GaAs», в IEEE Electron Device Letters, том 45, выпуск 10, стр. 2040-2043, окт. 2024 г., doi: 10.1109/LED.2024.3447127.
Информация предоставлена пресс-службой ИПФ РАН
Источник иллюстрации: ИПФ РАН