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

В. П. Шестопалов, Дифракционная Электроника. Харьков: Вища школа, 1976.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

С. П. Анохов, Т. Я. Марусий, М. С. Соскин, Перестраиваемые Лазеры. Москва: Радио и связь, 1982.

Ю. К. Сиренко, О. В. Чистякова, “Механизм отбора в открытом резонаторе с дифракционными решетками и принципы создания существенно одномодовых структур (Препринт №224),” Харьков, 1983.

В. П. Шестопалов, Ю. К. Сиренко, Динамическая Теория Решеток. Киев: Наукова думка, 1989.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

A. Taflove, S. C. Hagness, Computational Electrodynamics. Boston: Artech House, 2005, uri: https://us.artechhouse.com/Computational-Electrodynamics-Third-Edition-P1929.aspx.

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.

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.

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.

О. Звелто, Принципы Лазеров. Москва: Мир, 1990.

Ю. К. Сиренко, Моделирование и Анализ Переходных Процессов в Открытых Периодических, Волноводных и Компактных Резонаторах. Харьков: ЭДЭНА, 2003.

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.

Н. А. Семенов, Техническая Электродинамика. Учебное Пособие Для Вузов. Москва: Связь, 1973.

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.

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.

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.

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.

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

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.