Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

ISSN 0869-6632 (Print)
ISSN 2542-1905 (Online)

Для цитирования:

Гинзбург Н. С., Петелин М. И. Конкуренция и кооперация мод в лазерах на свободных электронах // Известия вузов. ПНД. 1994. Т. 2, вып. 6. С. 3-26.

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
Иконка PDF 1994no6p003.pdf
(загрузок: 0)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Обзоры актуальных проблем нелинейной динамики
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
621.385.633

Конкуренция и кооперация мод в лазерах на свободных электронах

Авторы: 
Гинзбург Наум Самуилович, Институт прикладной физики РАН (ИПФ РАН)
Петелин Михаил Иванович, Институт прикладной физики РАН (ИПФ РАН)
Аннотация: 

Рассмотрены особенности конкуренции и кооперации мод в ЛСЭ генераторах, работающих в режимах как однородного, так и неоднородного уширения линии активного вещества. С использованием аналитических н численных методов показано, что в режиме однородного уширения линии по мере превышения тока пучка над стартовым значением проходится следующая последовательность бифуркации: режим одномодовой одночастотной генерации, режим периодической автомодуляции (самосинхронизации мод), режим стохастической автомодуляция. Эффективность энергообмена в последнем режиме может превышать КПД режима одномодовой генерации за счет реализации механизма стохастического торможения, когда электроны, провзаимодействовав с одной модой ин отдав ей часть своей энергии, оказываются в резонансе с другой модой и т.д.. КПД при этом растет пропорционально ширине спектра излучения. Показано, что при использовании некогерентной накачки или стохастических ондуляторов аналогичный механизм торможения и повышения КПД может быть реализован при монохроматической сигнальной волне.

Ключевые слова: 
-
Список источников: 
  1. Deacon DAG, Elias LR, Madey JMJ, Ramian GJ, Schwettman HA, Smith TI. First operation of free-electron laser. Phys. Rev. Lett. 1977;38(16):892-894. DOI: 10.1103/PhysRevLett.38.892
  2. Roberson CW, Sprangle P. A review of free-electron lasers. Phys. Fluids. 1989;1(1):3-42. DOI: 10.1063/1.859102
  3. Bratman VL, Ginzburg NS, Petelin MI. Common properties of free electron lasers. Optics Commun. 1979;30(3):409-412. DOI: 10.1016/0030-4018(79)90382-1
  4. Братман B.Л., Гинзбург H.C., Петелин М.И. Лазеры Ha свободных электронах: перспективы продвижения классических электронных генераторов в коротковолновые диапазоны // Изв. АН СССР. Сер. физ. 1980. Т.44, № 8. С.1593.
  5. Братман В.Л., Гинзбург Н.С., Ковалев Н.Ф., Нусинович Г.С., Петелин М.И. Общие свойства коротковолновых приборов с длительной инерционной группировкой электронов // Релятивистская высокочастотная электроника. Горький: ИПФ АН СССР, 1979. Вып.1. C.249.
  6. Gover A, Sprangle Р. A unified theory of magnetic brems strahlung, electrostatic bremsstrahlung, Compton-Raman scattering, and Cherenkov-Smith-Purcell free-electron laser. IEEE J. Quant. Electron. 1981;17(7):1196-1215. DOI: 10.1109/JQE.1981.1071257
  7. Ruell D, Takens F. On the nature of turbulence. Comm. Math. Phys. 1971;20:167-192. DOI: 10.1007/bf01646553
  8. Feigenbaum MJ. Quantitative universality for a class of nonlinear transformation. J. Stat. Phys. 1978;19(1):25-52. DOI: 10.1007/bf01020332
  9. Рабинович М.И. Стохастические колебания и турбулентность / УФН. 1978. Т.13, № 1. С.123.
  10. Рабинович М.И., Трубецков Д.И. Введение в теорию колебаний и волн. M.: Наука, 1984.
  11. Кузнецов С.П. Сложная динамика генераторов с запаздывающей обратной связью // Изв. вузов.Сер. Радиофизика. 1982. Т.25, № 12. С.1410.
  12. Кадомцев Б.В. Коллективные явления в плазме. М: Наука, 1976.
  13. Цытович В.Н. Нелинейные эффекты в плазме. М.: Наука, 1973.
  14. Шапиро В.Д., Шевченко В.И. Взаимодействие волна-частица в неравновесных средах // Изв. вузов. Сер. Радиофизика. 1976. T.19, № 5-6. C.767.
  15. Ярив А. Квантовая электроника. М.: Сов. Радио, 1980.
  16. Файн B.M., Ханин Я.И. Квантовая радиофизика. М.: Сов. Радио, 1965.
  17. Lamb WE. Theory of optical masers. Phys. Rev. A. 1964;134(6A):A1429-A1450. DOI: 10.1103/PhysRev.134.A1429
  18. Беспалов В.И., Кубарев B.A., Пасманик Г.А. Вынужденное рэлеевское рассеяние света // Изв. вузов. Сер. Радиофизика. 1970. T.13, № 10. С.1433.
  19. Datolli G, Reniery А. The free-electron laser single-particale multimode classical theory. Il Nouvo Cimento B. 1981;61:153-180. DOI: 10.1007/BF02721321
  20. Нусинович Г.С. Взаимодействие мод в лазерах на свободных электронах // Письма в ЖТФ. 1980. T.6, № 14. C.848.
  21. Ginzburg NS, Shapiro MA. Quasi-linear theory of multimode FELs with an inhomogeneous frequency broadening. Optics Commun. 1982;40(3):215-218. DOI: 10.1016/0030-4018(82)90264-4
  22. Al-Abawi H, Hopf FA, Moore GT, Scully МО. Coherent transients in the free-electron laser: laser lethargy and coherence brightening. Optics Commun. 1979;30(2):235-238. DOI: 10.1016/0030-4018(79)90085-3
  23. Hopf FA, Kufer TG, Moore GT, Scully МО. Free-electron laser from a laser physics perspective. In: Free-Electron Generators of Coherent Radiation. Physics of Quantum Electronics. Vol.7. Reading: Addison-Wesley; 1980. P. 31.
  24. Colson WB. Optical pulse evolution in the Stanford free-electron laser and in tapered wiggler. In: Free-Electron Generators of Coherent Radiation. Physics of Quantum Electronics. Vol.9. Reading: Addison-Wesley; 1982. P. 457.
  25. Colson WB, Richardson JL. Multimode theory of the free-electron laser oscillators. Phys. Rev. Lett. 1983;50(14):1050-1053. DOI: 10.1103/PhysRevLett.50.1050
  26. Colson WB, Freedman RA. Synchrotron instability for long pulses in free-electron laser oscillators. Optics Commun. 1983;46(1):37-42. DOI: 10.1016/0030-4018(83)90026-3
  27. Mani SA, Korff DA, Blimnell J. Resonator mode structure. In: Free-Electron Generators of Coherent Radiation. Physics of Quantum Electronics. Vol.9. Reading: Addison-Wesley; 1982. P. 557.
  28. Bogomolov YaL, Braman VL, Ginzburg NS, Petelin MI, Yunakovsky AD. Nonstationary generation in free-electron lasers. Optics Commun. 1981;36(3):209-212. DOI: 10.1016/0030-4018(81)90359-X
  29. Ginzburg NS, Petelin MI. Multifrequency generation in free-electron lasers with quasi-optical resonators. Int. J. Electron. 1985;59(3):291-314. DOI: 10.1080/00207218508920701
  30. Гинзбург Н.С. Об использовании в лазерах на свободных электронах некогерентной накачки // Письма в ЖТФ. 1984. T.10, № 10. C.584.
  31. Вайнштейн Л.А. Общая теория резонансных электронных автогенераторов // Электроника больших мощностей. М.: Наука, 1969. Вып.6. C.84. 
  32. Петелин М.И. Электронная селекция мод в гиротронах // Гиротрон. Горький: ИПФ АН CCCP, 1981. С.77.
  33. Ginzburg NS, Petelin МI, Sergeev AS. On the mechanism of selfmodulation of radiation in free-electron lasers. Optics Commun. 1985;55(4):283-288. DOI: 10.1016/0030-4018(85)90345-1
  34. Гинзбург H.C. Кузнецов С.П. Периодическая и стохастическая автомодуляция излучения в электронных генераторах с распределенным взаимодействием // Релятивистская высокочастотная электроника. Горький: ИПФ AH СССР, 1981. Вып.2. C.101.
  35. Bogomolov YaL, Yunakovsky AD. Numerical simulation of nonstationary processes in free-electron lasers. J. Comp. Phys. 1985;58(1):80-95. DOI: 10.1016/0021-9991(85)90158-5
  36. Levush B, Antonsen TM. Mode competition and suppression in free-electron laser oscillator. Phys. Fluids. 1989;1(5):1097-1108. DOI: 10.1063/1.858980.
  37. Levush B, Antonsen TM. Mode competition and control in free-electron laser oscillators. Phys. Rev. Lett. 1989;62(13):1448-1491. DOI: 10.1103/PhysRevLett.62.1488.
  38. Chaix P. FEL theory and experiment in Bruyeres-le-Chatel. In: 16-th Int. FEL Conference. Stanford, 1994. Abstr. P. 90.
  39. Kroll NM, Morton PhL, Rosenbluth ММ. Enhanced energy extraction in free-electron lasers by means of adiabatic decrease of resonant energy. In: Free-Electron Generators of Coherent Radiation. Physics of Quantum Electronics. Vol. 7. Reading: Addison-Wesley; 1980. P.113.
  40. Sprangle P, Tang CM, Manheumer WM. Nonlinear theory of free-electron laser and efficiency enhancement. Phys. Rev. A. 1980;21(1):302-318. DOI: 10.1103/PhysRevA.21.302
Поступила в редакцию: 
02.11.1994
Принята к публикации: 
18.03.1995
Опубликована: 
06.06.1995
  • 1791 просмотр