Generation of Cherenkov superradiance pulses with a peak power exceeding the power of the driving short electron beam

Abstract

Theoretical investigation of a short electron beam (extended bunch) interaction with a backward wave propagating in a slow wave structure demonstrates the possibility of producing ultrashort superradiance pulses with a peak power which exceeds the power of the driving beam (conversion factor K>1). It is shown that a nonuniform slow wave structure with optimized profile is beneficial in order to increase the conversion factor. The results of theoretical analysis are confirmed by the experiments. At X band using the SINUS-150 accelerator (4 ns, 330 kV, 2.6 kA) 0.6-0.8 ns superradiance pulses with a peak power of 1.2 GW and a conversion factor of 1.5 were obtained. Similar experiments at Ka-band based on the RADAN-303 accelerator (1 ns, 290 kV, 2.5 kA) demonstrated production of the superradiance (SR) pulse with duration 200 ps and peak power about 1 GW (conversion factor of 1.4).

Генерация Ультракоротких Импульсов Субтерагерцевого И Терагерцевого Диапазонов На Основе Эффекта Циклотронного Сверхизлучения

“…В последние годы достигнут существенный прогресс в разработке короткоимпульсных источников на основе эффектов сверхизлучения (СИ) протяженных электронных сгустков. В сантиметровом диапазоне и длинноволновой части миллиметрового диапазона созданы генера-торы импульсов субнаносекундной длительности с мультигигаваттным уровнем пиковой мощности, в которых используется черенковский механизм СИ, реализующийся при прямолинейном движении протя-женных электронных сгустков в периодических замедляющих систе-мах [1][2][3]. Дальнейшее развитие этих исследований предполагает про-движение источников СИ в субтерагерцевый и терагерцевый диапазоны.…”

Квазиоптическая Теория Усиления Релятивистским Электронным Потоком Поверхностных Волн, Распространяющихся Над Гофрированными Структурами (Импедансное Приближение)

“…Заметим в заключение, что развитый подход может быть использован и при анализе мощных усилителей ци-линдрической геометрии, поскольку при большой сверх-размерности структура симметричных ТМ-мод вблизи поверхности, вдоль которой движется трубчатый РЭП, может быть аппроксимирована соотношениями (4), (5). Важно также подчеркнуть, что квазиоптический подход легко обобщается на случай возбуждения ленточным электронным пучком поверхностных волн, распростра-няющихся над другими средами с отличной от (14) импедансной функцией.…”

“…Стимулированное черенковское излучение реля-тивистских электронных потоков в периодически-гофрированных волноводах широко используется в ре-лятивистской электронике для создания генераторов и усилителей с субгигаваттным и гигаваттным уровнями мощности [1][2][3][4][5][6]. Теория таких приборов [7,8] хорошо разработана и основана на теории возбуждения вол-новодов [9,10].…”

Generation of single and periodically repeated powerful ultrashort microwave pulses

“…Using of this effect a new type of pulse sources has been developed, which are capable of producing uniquely short (under 0.2-1 ns) electromagnetic pulses at super-high peak powers exceeding 1 GW in the millimeter waves (Kaband) and 3 GW in the centimeter waves (X-band) with a repetition frequency up to several kilohertz [1]. A natural continuation of this research is related with the promotion of SR sources in shorter wavelengths ranges, where the oversized waveguides should be used.…”