Розрідження спектру власних коливань відкритого дводзеркального резонатора за допомогою модоселективних розсіювачів на поверхні одного з дзеркал

Автор(и)

  • Вадим Леонідович Пазинін Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины, Харьков, Україна

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347021100010

Ключові слова:

открытый резонатор, собственное колебание, разрежение спектра, уголковоэшелеттный отражатель, метод точных поглощающих условий, метод конечных разностей

Анотація

У статті запропонована ефективна процедура розрідження спектра власних коливань двохдзеркальних відкритих резонаторів (ВР), заснована на розміщенні розсіювачів зі спеціально підібраним геометричним профілем на поверхні одного з дзеркал, які утворюють з ним єдиний модоселективний відбивач. За допомогою цієї процедури для ВР з плоским і циліндричним дзеркалами синтезовані два профілі таких розсіювачів. Один з них – прямокутний металевий брус, інший – відбивач кутовоешелетного типу з трьома симетричними відносно площини симетрії резонатора ступенями прямокутної форми. Геометрія цих розсіювачів підібрана так, щоб при розміщенні на плоскому дзеркалі ВР вони надавали мінімальний вплив на просторово-частотні характеристики робочого власного коливання і істотно знижували добротність більшості інших. Розраховані спектральні характеристики ВР з такими вставками при збудженні як струмовим джерелом, так і власною модою хвилеводу живлення. Показана можливість суттєвого (в рази) зменшення числа власних коливань ВР в порівнянні з резонатором без таких розсіювачів. При використанні розсіювача кутоешелетного типу спостерігався ефект збільшення радіаційної добротності робочого коливання. Використана методика визначення геометричного профілю розсіювачів придатна для розрідження спектра ЗР довільних розмірів і форми дзеркал.

Посилання

  1. В. П. Шестопалов, Дифракционная Электроника. Харьков: Вища школа, 1976.
  2. T. Idehara, S. P. Sabchevski, M. Glyavin, S. Mitsudo, “The gyrotrons as promising radiation sources for THz sensing and imaging,” Appl. Sci., vol. 10, no. 3, p. 980, 2020, doi: https://doi.org/10.3390/app10030980.
  3. O. A. Ivanov et al., “Active quasioptical Ka-band RF pulse compressor switched by a diffraction grating,” Phys. Rev. Spec. Top. - Accel. Beams, vol. 12, no. 993501, 2009, doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevSTAB.12.093501.
  4. Ю. Ю. Данилов, С. В. Кузиков, В. Г. Павельев, Ю. И. Кошуринов, С. М. Лещинский, “Компрессия микроволновых импульсов квазиоптическим резонатором с гофрированным зеркалом,” Письма в журнал технической физики, vol. 27, no. 19, pp. 5–10, 2001, uri: http://journals.ioffe.ru/articles/39242.
  5. N. Burambayeva, S. Sautbekov, Y. K. Sirenko, A. Vertiy, “Compact open resonator as the power-storage unit for a microwave compressor,” Telecommun. Radio Eng., vol. 74, no. 1, pp. 29–40, 2015, doi: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v74.i1.30.
  6. А. А. Вертий, И. В. Иванченко, Н. А. Попенко, В. П. Шестопалов, “Дифракционная селекция в экранированных квазиоптических резонаторах,” Известия высших учебных заведений. Радиофизика, vol. 31, no. 8, pp. 964–973, 1988, uri: https://radiophysics.unn.ru/issues/1988/8/964.
  7. H. Fouckhardt, A.-K. Kleinschmidt, J. Strassner, C. Doering, “1D confocal broad area semiconductor lasers (confocal BALs) for fundamental transverse mode selection (TMS#0),” Adv. Optoelectron., vol. 2019, pp. 1–7, 2019, doi: https://doi.org/10.1155/2019/2719808.
  8. A. V. Raskhodchikov, S. A. Scherbak, N. V. Kryzhanovskaya, A. E. Zhukov, A. A. Lipovskii, “Dielectric surrounding decimates eigenmodes of microdisk optical resonators,” J. Phys. Conf. Ser., vol. 112451031, 2018, doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1124/5/051031.
  9. S. G. Ilchenko, R. A. Lymarenko, V. B. Taranenko, N. Kyzas, A. Belosludtsev, “Multilayer dielectric structure for mode selection of wide-aperture laser,” in 2019 IEEE 8th International Conference on Advanced Optoelectronics and Lasers (CAOL), 2019, pp. 1–4, doi: https://doi.org/10.1109/CAOL46282.2019.9019492.
  10. D. K. Serkland et al., “Mode selection and tuning of single-frequency short-cavity VECSELs,” in Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers XXII, 2018, p. 5, doi: https://doi.org/10.1117/12.2291197.
  11. O. P. Ostroukh, R. A. Lymarenko, V. B. Taranenko, “Model of wide-aperture laser with intracavity diffractive element,” in 2019 IEEE 8th International Conference on Advanced Optoelectronics and Lasers (CAOL), 2019, pp. 188–191, doi: https://doi.org/10.1109/CAOL46282.2019.9019567.
  12. N. Ginzburg, A. Sergeev, E. Kocharovskaya, A. Malkin, E. Egorova, V. Zaslavsky, “Diffraction mode selection in planar lasers with Bragg resonators,” ITM Web Conf., vol. 306012, 2019, doi: https://doi.org/10.1051/itmconf/20193006012.
  13. N. S. Ginzburg, A. S. Sergeev, E. R. Kocharovskaya, A. M. Malkin, E. D. Egorova, V. Y. Zaslavsky, “Diffraction mode selection in planar Bragg resonators of optical and microwave wavelength ranges,” Phys. Lett. A, vol. 384, no. 10, p. 126219, 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.physleta.2019.126219.
  14. N. S. Ginzburg, A. S. Sergeev, E. R. Kocharovskaya, A. M. Malkin, E. D. Egorova, V. Y. Zaslavsky, “Diffraction-mode selection in heterolasers with planar Bragg structures,” Semiconductors, vol. 54, no. 9, pp. 1161–1165, 2020, doi: https://doi.org/10.1134/S1063782620090122.
  15. O. Di Monaco, W. Daniau, I. Lajoie, Y. Gruson, M. Chaubet, V. Giordano, “Mode selection for a whispering gallery mode resonator,” Electron. Lett., vol. 32, no. 7, p. 669, 1996, doi: https://doi.org/10.1049/el:19960427.
  16. L. G. Velychko, Y. K. Sirenko, “Controlled changes in spectra of open quasi-optical resonators,” Prog. Electromagn. Res. B, vol. 16, pp. 85–105, 2009, doi: https://doi.org/10.2528/PIERB09060202.
  17. С. П. Анохов, Т. Я. Марусий, М. С. Соскин, Перестраиваемые Лазеры. Москва: Радио и связь, 1982.
  18. Ю. К. Сиренко, О. В. Чистякова, “Механизм отбора в открытом резонаторе с дифракционными решетками и принципы создания существенно одномодовых структур (Препринт №224),” Харьков, 1983.
  19. В. П. Шестопалов, Ю. К. Сиренко, Динамическая Теория Решеток. Киев: Наукова думка, 1989.
  20. О. И. Белоус, А. А. Кириленко, А. И. Фисун, “Квазиодночастотные спектры открытого резонатора с гребенчатой решеткой,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 41, no. 4, pp. 8–13, 1998.
  21. C. A. Curwen, J. L. Reno, B. S. Williams, “Broadband continuous single-mode tuning of a short-cavity quantum-cascade VECSEL,” Nat. Photonics, vol. 13, no. 12, pp. 855–859, 2019, doi: https://doi.org/10.1038/s41566-019-0518-z.
  22. Y. K. Sirenko, N. P. Yashina, S. Ström, Modeling and Analysis of Transient Processes in Open Resonant Structures, vol. 122. New York, NY: Springer New York, 2007, doi: https://doi.org/10.1007/0-387-32577-8.
  23. S. N. Vlasov, E. V. Koposova, A. B. Pavel’ev, V. I. Khizhnyak, “Gyrotrons with echelette resonators,” Radiophys. Quantum Electron., vol. 39, no. 6, pp. 458–462, 1996, doi: https://doi.org/10.1007/BF02122392.
  24. V. E. Zapevalov, S. N. Vlasov, E. V. Koposova, A. N. Kuftin, A. B. Paveliev, N. A. Zavolsky, “Various types of echelette resonators for gyrotrons,” EPJ Web Conf., vol. 1951022, 2018, doi: https://doi.org/10.1051/epjconf/201819501022.
  25. Е. Л. Косарев, “Открытый резонатор с эшелеттной решеткой,” Электроника больших мощностей, no. 5, pp. 93–104, 1968, uri: http://kapitza.ru/arhiv/lib/ebm/5/93.pdf.
  26. В. Л. Пазынин, “Модель двухступенчатого активного компрессора СВЧ-импульсов с открытым двухзеркальным нако-пительным резонатором в первой ступени,” Физические основы приборостроения, vol. 9, no. 3, pp. 14–27, 2020, doi: https://doi.org/10.25210/jfop-2003-014027.
  27. O. Shafalyuk, P. D. Smith, L. G. Velychko, “Rigorous substantiation of the method of exact absorbing conditions in time-domain analysis of open electrodynamic structures,” Prog. Electromagn. Res. B, vol. 41, pp. 231–249, 2012, doi: https://doi.org/10.2528/PIERB12040506.
  28. Y. Sirenko, L. Velychko, Eds., Electromagnetic Waves in Complex Systems, vol. 91. Cham: Springer International Publishing, 2016, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-31631-4.
  29. В. Л. Пазынин, К. Ю. Сиренко, Ю. К. Сиренко, Н. П. Яшина, “Точные поглощающие условия в начально-краевых задачах вычислительной электродинамики. Обзор,” Физические основы приборостроения, vol. 6, no. 4, pp. 2–33, 2017, doi: https://doi.org/10.25210/jfop-1704-002033.
  30. A. Taflove, S. C. Hagness, Computational Electrodynamics. Boston: Artech House, 2005, uri: https://us.artechhouse.com/Computational-Electrodynamics-Third-Edition-P1929.aspx.
  31. В. Л. Пазынин, “Строгая электродинамическая модель накопительного резонатора активного компрессора СВЧ мощности,” Физические основы приборостроения, vol. 7, no. 3, pp. 86–107, 2018, doi: https://doi.org/10.25210/jfop-1803-086107.
  32. В. Ф. Кравченко, К. Ю. Сиренко, Ю. К. Сиренко, Преобразование и Излучение Электромагнитных Волн Открытыми Резонансными Структурами. Моделирование и Анализ Переходных и Установившихся Процессов. Москва: Физматлит, 2011, uri: https://www.rfbr.ru/rffi/ru/books/o_465492.
  33. В. Л. Пазинін, “Моделювання і аналіз процесів пасивної та активної компресії електромагнітних імпульсів мікрохвильового і оптичного діапазонів : дисс. … д.ф.-м.н., 01.04.03,” Харків, 2019.
  34. О. Звелто, Принципы Лазеров. Москва: Мир, 1990.
  35. Ю. К. Сиренко, Моделирование и Анализ Переходных Процессов в Открытых Периодических, Волноводных и Компактных Резонаторах. Харьков: ЭДЭНА, 2003.
  36. П. Н. Мележик, В. С. Мирошниченко, Е. Б. Сенкевич, “Открытый резонатор с двумя проводящими цилиндрическими вставками,” Радиофизика и электроника, vol. 10, no. 3, pp. 351–356, 2005, uri: http://ire.kharkov.ua/journal/rus/anrus05-3.htm.
  37. Н. А. Семенов, Техническая Электродинамика. Учебное Пособие Для Вузов. Москва: Связь, 1973.
  38. А. И. Фисун, В. И. Ткаченко, О. И. Белоус, А. А. Кириленко, “Возбуждение колебаний в открытых резонаторах с эшелеттными и уголковоэшелеттными зеркалами,” Радиотехника и электроника, vol. 45, no. 5, pp. 632–639, 2000.
  39. О. И. Белоус, А. А. Кириленко, А. И. Фисун, “Квазиоптические резонансные системы в приборах твердотельной электроники миллиметровых и субмиллиметровых диапазонов длин волн,” Радиофизика и электроника, vol. 13, pp. 377–390, 2008, uri: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/10760.
  40. О. И. Белоус, А. А. Кириленко, М. П. Натаров, С. П. Сиренко, А. И. Фисун, А. И. Шубный, “Квазиоптические твердотельные генераторы электромагнитных волн миллиметрового диапазона,” Радиофизика и электроника, vol. 23, no. 4, pp. 67–94, 2018, doi: https://doi.org/10.15407/rej2018.04.067.
  41. Е. И. Нефедов, Е. Н. Привалов, “Одночастотные колебания в коаксиальных резонаторах с «нефокусирующими» зеркалами,” Доклады АН СССР, vol. 307, no. 4, pp. 872–876, 1989.
  42. I. K. Kuzmichev, P. N. Melezhik, A. Y. Poyedinchuk, “An open resonator for physical studies,” Int. J. Infrared Millim. Waves, vol. 27, no. 6, pp. 857–869, 2007, doi: https://doi.org/10.1007/s10762-006-9122-7.
Распределение электрической компоненты поля на частоте колебания

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-12-26 — Оновлено 2021-12-26

Як цитувати

Пазинін, В. Л. (2021). Розрідження спектру власних коливань відкритого дводзеркального резонатора за допомогою модоселективних розсіювачів на поверхні одного з дзеркал. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 64(10), 599–611. https://doi.org/10.20535/S0021347021100010

Номер

Том 64 № 10 (2021)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка