Генерация терагерцового излучения методами вакуумной электроники

Для освоения диапазона частот 0,1–1,0 ТГц в ИПФ РАН наряду с традиционными гироприборами, работающими при очень сильных магнитных полях на основном циклотронном резонансе, разрабатываются также гироприборы на высоких циклотронных гармониках (гиротроны с большой орбитой и гироумножители), а также оротроны (генераторы, действие которых основано на стимулированном излучении Смита–Парселла прямолинейных электронных пучков в открытом резонаторе).

Пример одной из сложных задач электродинамики многомодовых систем –
синтеза квазиоптической системы мегаваттного гиротрона

В пионерских работах сотрудников ИПФ (М. И. Петелин, Т. Б. Панкратова, Н. И. Зайцев, А. Г. Лучинин, Г. С. Нусинович, В. А. Флягин) еще в 70–80-х годах прошлого столетия была показана принципиальная возможность получения в гиротронах мощного непрерывного и импульсного излучения диапазона субмиллиметровых волн. В недавних экспериментах использование импульсного соленоида с магнитным полем до 40 Тл позволило получить генерацию на основном циклотронном резонансе с частотой, превышающей 0,9 ТГц, в том числе на рекордной частоте 1,02 ТГц. Длительность СВЧ-импульса составляла 50 мкс при киловаттном уровне выходной мощности. При использовании сверхпроводящего соленоида с магнитным полем до 12 Тл получена непрерывная генерация на основном циклотронном резонансе с частотой 0,3 ТГц и мощностью 1,8 кВт (совместно с Центром исследований в ИК-диапазоне, г. Фукуи, Япония). В гиротроне с большой орбитой получена одночастотная генерация на третьей циклотронной гармонике в диапазоне 0,37–0,41 ТГц с мощностью 10 кВт. В самовозбуждающемся двухрезонаторном гироумножителе на третьей гармонике получена непрерывная генерация с частотой около 0,3 ТГц и мощностью до 30 Вт.
Совместно с ГП «ВНИИФТРИ» и Институтом спектроскопии РАН реализована серия из 4 низковольтных импульсных оротронов, перекрывающих диапазон 0,1–0,36 ТГц на уровне мощности от 1 Вт до 50 мВт с возможностью электромеханической перестройки частоты в одном генераторе порядка октавы при высокой стабильности частоты.

Оротрон диапазона 0,1–0,36 ТГц с мощностью от 1 Вт до 50 мВт.
Гиротрон с импульсным полем до 40 Тл и частотой генерации до 1,0 ТГц.