Теоретическая модель и экспериментальное наблюдение резонансной генерации лазера на свободных электронах

Abstract

Создан действующий макет лазера на свободных электронах с однородным ведущим магнитным полем. Предложена теоретическая модель, которая позволяет объяснить ряд свойств данного прибора. Продемонстрирована принципиальная возможность резонансного усиления мощности сигнала в диапазоне нерелятивистских и слабо релятивистских энергий электронов и аналитически получены условия резонансной генерации, связывающие начальную скорость электронов и величину однородного ведущего магнитного поля. Проведено сравнение аналитических расчетов с результатами численного моделирования траекторий электронов, показавшее их удовлетворительное согласие. Представлены предварительные результаты экспериментальных исследований, обнаружен предсказанный теорией ряд резонансов в суммарной мощности излучения.

Створено діючий макет лазера на вільних електронах з однорідним ведучим магнітним полем. Запропоновано теоретичну модель, яка дозволяє пояснити низку властивостей даного приладу. Продемонстровано принципову можливість резонансного підсилення потужності сигналу в діапазоні нерелятивістських та слабко релятивістських енергій електронів та аналітично отримані умови резонансної енерації, що пов’язують початкову швидкість електронів з величиною однорідного ведучого магнітного поля. Проведено порівняння аналітичних розрахунків з результатами числового моделювання траєкторій електронів, яке показало їх задовільну згоду. Представлено попередні результати експериментальних досліджень, виявлено передбачену теорією низку резонансів у сумарній потужності випромінювання.

Working test free electron laser with uniform guide magnetic field is built. We put forward a theoretical model, which allows us to treat a number of features of the above mentioned device. The possibility, in principle, of resonant enhancement of output signal for non-relativistic and low energy relativistic beams is shown. Conditions of resonance, which connect the initial velocity of electrons and the value of uniform guide field, are derived analytically. Analytical results are compared with numerical simulations of modeling the electron trajectories and a satisfactory agreement is observed. Preliminary results of experiments are presented. The set of resonances in the integral power of emitted radiation, which had been predicted by our theory, is found in the experiments.