RU170865U1 - Pulse generator of broadband terahertz radiation - Google Patents
Pulse generator of broadband terahertz radiation Download PDFInfo
- Publication number
- RU170865U1 RU170865U1 RU2016150082U RU2016150082U RU170865U1 RU 170865 U1 RU170865 U1 RU 170865U1 RU 2016150082 U RU2016150082 U RU 2016150082U RU 2016150082 U RU2016150082 U RU 2016150082U RU 170865 U1 RU170865 U1 RU 170865U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solenoid
- radiation
- capacitance
- pulse transformer
- cathode
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J25/00—Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области генераторов субмиллиметрового диапазона электромагнитных волн, конкретно к устройствам для генерации терагерцового излучения.Технический результат направлен на устранение генерации в узком спектре и позволяет устройству генерировать излучение в широком спектральном диапазоне частот 0,1-1,5 ТГц.Технический результат достигается тем, что в устройство дополнительно введены импульсный трансформатор, накопительная емкость, подключенная к источнику высокого напряжения, высоковольтная емкость, первый разрядник, второй разрядник, заземляющее сопротивление, параболическое ТГц зеркало, расположенное внутри вакуумной камеры, при этом катод выполнен острийным, а накопительная емкость подключена также к первичной обмотке импульсного трансформатора и к соленоиду, вторичная обмотка импульсного трансформатора подключена к высоковольтной емкости, высоковольтный вывод вторичной обмотки подключен к первому выводу второго разрядника, а второй вывод второго разрядника подключен к заземляющему сопротивлению и острийному катоду, причем острийный катод расположен в точке фокуса параболического зеркала и в центре соленоида перпендикулярно его оси, выходное окно ТГЦ излучения расположено напротив параболического зеркала в вакуумной камере, соленоид выполнен в виде катушки с прозрачностью для ТГц излучения 50%≤k<100%, при этом выполняется соотношение LC≈LC, агде L- индуктивность высоковольтной обмотки импульсного трансформатора, С- высоковольтная емкость, L- индуктивность соленоида, С- накопительная емкость, R-заземляющее сопротивление.The utility model relates to the field of generators of the submillimeter range of electromagnetic waves, specifically to devices for generating terahertz radiation. The technical result is aimed at eliminating generation in a narrow spectrum and allows the device to generate radiation in a wide spectral frequency range of 0.1-1.5 THz. The technical result is achieved the fact that an additional pulse transformer, a storage capacitor connected to a high voltage source, a high voltage capacitance, a first p arrester, second arrester, grounding resistance, parabolic THz mirror located inside the vacuum chamber, while the cathode is made pointed, and the storage capacitance is connected also to the primary winding of the pulse transformer and to the solenoid, the secondary winding of the pulse transformer is connected to the high-voltage capacitance, high-voltage output of the secondary winding connected to the first terminal of the second arrester, and the second terminal of the second arrester is connected to the grounding resistance and the tip cathode, and the points The cathode is located at the focal point of the parabolic mirror and in the center of the solenoid perpendicular to its axis, the output window of the THC radiation is located opposite the parabolic mirror in the vacuum chamber, the solenoid is made in the form of a coil with a transparency for THz radiation of 50% ≤k <100%, and the relation LC≈LC, where L is the inductance of the high-voltage winding of a pulse transformer, C is the high-voltage capacitance, L is the inductance of the solenoid, C is the storage capacitance, R is the grounding resistance.
Description
Полезная модель относится к области генераторов субмиллиметрового диапазона электромагнитных волн, конкретно, к устройствам для генерации терагерцового излучения.The utility model relates to the field of generators of the submillimeter range of electromagnetic waves, in particular, to devices for generating terahertz radiation.
Известны широкополосные источники терагерцового излучения на основе взаимодействия излучения фемтосекундного лазера с полупроводниковой фотопроводящей антенной [1]. Данный источник состоит из фемтосекундного лазера, полупроводниковой фотопроводящей антенны с блоком питания, оптических элементов для лазерного и ТГц излучения.Known broadband sources of terahertz radiation based on the interaction of radiation from a femtosecond laser with a semiconductor photoconductive antenna [1]. This source consists of a femtosecond laser, a semiconductor photoconductive antenna with a power supply, optical elements for laser and THz radiation.
Однако, мощность ТГц излучения лучших образцов фотопроводящих антенн не превышает 100-200 мкВт, также недостатком установки является высокая чувствительность фемтосекундного лазера к вибрационным и климатическим условиям.However, the THz radiation power of the best samples of photoconductive antennas does not exceed 100-200 μW, and the installation’s disadvantage is the high sensitivity of the femtosecond laser to vibration and climatic conditions.
Этих недостатков лишено техническое решение, описанное в работе [2], взятое за прототип. Устройство содержит электронную пушку, сверхпроводящую катушку, зеркало-резонатор в форме кольца и множество квазиоптических зеркал. Источником электронов является магнетронная инжекционная пушка, генерация излучения осуществляется за счет колебаний испущенных пушкой электронов, проходящих сквозь силовые линии магнитного поля, создаваемого сверхпроводящими катушками. Кольцевое зеркало резонатор служит для отражения излучения, а система квазиоптических зеркал для отражения волн и формирования прямо направленного излучения вдоль оси гиротрона. Однако, недостатком данного устройства является низкая частота>100 ГГц, а также возможность генерировать излучение лишь в узком спектре, что ограничивает использование данного устройства в установках терагерцового радиовидения.These disadvantages are deprived of the technical solution described in [2], taken as a prototype. The device comprises an electron gun, a superconducting coil, a ring-shaped mirror resonator, and a plurality of quasi-optical mirrors. The source of electrons is a magnetron injection gun, radiation is generated due to oscillations of the electrons emitted by the gun passing through the lines of force of the magnetic field created by superconducting coils. A ring mirror resonator serves to reflect radiation, and a system of quasi-optical mirrors to reflect waves and the formation of direct radiation along the axis of the gyrotron. However, the disadvantage of this device is the low frequency> 100 GHz, as well as the ability to generate radiation only in a narrow spectrum, which limits the use of this device in terahertz radio installations.
Технический результат направлен на расширение функциональных возможностей за счет способности устройства генерировать излучение в широком спектральном диапазоне частот 0,1-1,5 ТГц.The technical result is aimed at expanding the functionality due to the ability of the device to generate radiation in a wide spectral frequency range of 0.1-1.5 THz.
Этот результат достигается тем, что в устройство, содержащее источник высокого напряжения, соленоид, вакуумную камеру с катодом, электрическими вводами, выходным окном ТГц излучения и системой откачки, дополнительно введены импульсный трансформатор, накопительная емкость, подключенная к источнику высокого напряжения, высоковольтная емкость, первый разрядник, второй разрядник, заземляющее сопротивление, параболическое ТГц зеркало, расположенное внутри вакуумной камеры, при этом катод выполнен острийным, а накопительная емкость подключена также к первичной обмотке импульсного трансформатора и к соленоиду, вторичная обмотка импульсного трансформатора подключена к высоковольтной емкости, высоковольтный вывод вторичной обмотки подключен к первому выводу второго разрядника, а второй вывод второго разрядника подключен к заземляющему сопротивлению и острийному катоду, причем острийный катод расположен в точке фокуса параболического зеркала и в центре соленоида перпендикулярно его оси, выходное окно ТГЦ излучения расположено напротив параболического зеркала в вакуумной камере, соленоид выполнен в виде катушки с прозрачностью для ТГц излучения 50%≤k<100%, при этом выполняется соотношение L3C1≈L2C2, которое позволяет синхронизировать во времени импульс с источника высокого напряжения на соленоид и разряд высоковольтной емкости на катод, а - для того, чтобы постоянная времени разряда через заземляющее сопротивление была больше времени разряда высоковольтной емкости, а, следовательно, через катод протекал больший ток по сравнению с заземляющим сопротивлением. L2 - индуктивность высоковольтной обмотки импульсного трансформатора, С2 - высоковольтная емкость, L3 - индуктивность соленоида, С1 - накопительная емкость,R1 - заземляющее сопротивление.This result is achieved by the fact that in the device containing a high voltage source, a solenoid, a vacuum chamber with a cathode, electrical inputs, an output window of THz radiation and a pumping system, an additional pulse transformer, a storage capacitor connected to a high voltage source, a high voltage capacitance, are first introduced a spark gap, a second spark gap, grounding resistance, a parabolic THz mirror located inside the vacuum chamber, while the cathode is made pointed, and the storage capacitance is connected It is also connected to the primary winding of the pulse transformer and to the solenoid, the secondary winding of the pulse transformer is connected to a high-voltage capacitance, the high-voltage output of the secondary winding is connected to the first output of the second spark gap, and the second output of the second spark gap is connected to the grounding resistance and the tip cathode, and the tip cathode is located at focus of the parabolic mirror and in the center of the solenoid perpendicular to its axis, the output window of the THC radiation is located opposite the parabolic mirror in vacuum chamber, the solenoid is made in the form of a coil with a transparency for THz radiation of 50% ≤k <100%, and the relation L 3 C 1 ≈L 2 C 2 is fulfilled, which allows time to synchronize the pulse from the high voltage source to the solenoid and the high voltage discharge capacitance to the cathode, and - so that the discharge time constant through the grounding resistance is longer than the discharge time of the high voltage capacitance, and, therefore, a larger current flows through the cathode compared to the grounding resistance. L 2 is the inductance of the high voltage winding of a pulse transformer, C 2 is the high voltage capacitance, L 3 is the inductance of the solenoid, C 1 is the storage capacitance, R 1 is the grounding resistance.
Сущность полезной модели заключается в том, что данная совокупность элементов: импульсный трансформатор, накопительная емкость, высоковольтная емкость, первый разрядник, заземляющее сопротивление, второй разрядник и острийный катод позволяют сформировать импульсный электронный пучок, направляемый внутрь вакуумной камеры в центр соленоида. За счет того, что электроны в магнитном поле обращаются с различными частотами, электромагнитные волны излучаются в широком диапазоне терагерцовых частот. Параболическое зеркало позволяет направить коллимированное ТГц излучение в сторону выходного окна.The essence of the utility model lies in the fact that this set of elements: a pulse transformer, storage capacitor, high voltage capacitance, a first spark gap, grounding resistance, a second spark gap, and a tip cathode make it possible to form a pulsed electron beam directed inside the vacuum chamber to the center of the solenoid. Due to the fact that electrons in a magnetic field circulate with different frequencies, electromagnetic waves are emitted in a wide range of terahertz frequencies. A parabolic mirror makes it possible to direct collimated THz radiation toward the exit window.
Конкретный пример устройства поясняется фигурой, где представлены схемы расположения основных элементов источника широкополосного терагерцового излучения: 1 - источник высоковольтного напряжения, 2 - вакуумная камера, 3 - система откачки, 4 - первый разрядник, 5 - накопительная емкость, 6 - первичная обмотка импульсного трансформатора, 7 - вторичная обмотка импульсного трансформатора, 8 - высоковольтная емкость, 9 - второй разрядник, 10 - острийный катод, 11 - параболическое зеркало, 12 - соленоид, 13 - направление распространения терагерцового излучения, 14 - заземляющее сопротивление, 15 - земляная шина, 16 - выходное окно ТГЦ излучения.A specific example of the device is illustrated by a figure, which shows the layout of the main elements of a source of broadband terahertz radiation: 1 - a high-voltage voltage source, 2 - a vacuum chamber, 3 - a pumping system, 4 - a first spark gap, 5 - storage capacitance, 6 - primary winding of a pulse transformer, 7 - secondary winding of a pulse transformer, 8 - high voltage capacitance, 9 - second discharger, 10 - cathode tip, 11 - parabolic mirror, 12 - solenoid, 13 - terahertz radiation propagation direction Iya, 14 - grounding resistance, 15 - earth bus, 16 - the output window of the THC radiation.
Устройство работает следующим образом. Согласно схеме, представленной на фигуре, вакуумная камера 2 откачивается системой откачки 3 до давления ≤10-4 Торр, источник высоковольтного напряжения 1 заряжает накопительную емкость 5 до определенного напряжения, после чего происходит пробой первого разрядника 4, и накопительная емкость 5 разряжается на первичную обмотку импульсного трансформатора 6 и на соленоид 12. При этом на вторичной обмотке импульсного трансформатора 7 появляется высокое напряжение, которое заряжает высоковольтную емкость 8. По достижении на высоковольтной емкости 8 определенного значения напряжения, происходит пробой второго разрядника 9 в момент максимума тока в соленоиде 12, после чего высоковольтная емкость 8 разряжается через острийный катод 10 на земляную шину 15 и также через заземляющее сопротивление 14. С острийного катода 10, расположенного в точке фокуса параболического зеркала 11, происходит эмиссия электронов в область с максимальной индукцией магнитного поля ~50 Тл, создаваемого соленоидом 8. Электроны начинают двигаться в неоднородном магнитном поле по круговым траекториям с характерным радиусом ~10 мкм и с циклическими частотами в диапазоне 0,1÷1,5 ТГц. Излучение, генерируемое в ходе ускоренного движения электронов в магнитном поле, формируется в параллельный пучок параболическим зеркалом 11 и выводится через выходное окно ТГЦ излучения 16 в направлении распространения терагерцового излучения 13, указанного стрелками.The device operates as follows. According to the diagram shown in the figure, the vacuum chamber 2 is pumped out by a
Таким образом данная полезная модель позволяет расширить функциональные возможности за счет способности генерировать излучение в широком спектральном диапазоне частот 0,1-1,5 ТГц, что делает возможным использовать устройство в стендах терагерцового радиовидения, предназначенных для обнаружения и досмотра опасных предметов.Thus, this useful model allows you to expand the functionality due to the ability to generate radiation in a wide spectral frequency range of 0.1-1.5 THz, which makes it possible to use the device in terahertz radio-vision stands intended for the detection and inspection of dangerous objects.
Источники информацииInformation sources
1. A.A. Chistyakov, К.I. Kozlovskii, G.Е. Kotkovskii, Yu.A. Kuzishchin, V.A. Krivenkov, Yu.A. Mityaginl, I.N. Piryazev. The study of photocurrent and power of THz radiation photoconductive antennas based on GaAs dependence on geometry of focusing and radiation parametres of femtosecond laser. Journal of Physics: Conference Series 737 (2016) 0120201. A.A. Chistyakov, K.I. Kozlovskii, G.E. Kotkovskii, Yu.A. Kuzishchin, V.A. Krivenkov, Yu.A. Mityaginl, I.N. Piryazev. The study of photocurrent and power of THz radiation photoconductive antennas based on GaAs dependence on geometry of focusing and radiation parametres of femtosecond laser. Journal of Physics: Conference Series 737 (2016) 012020
2. United States Patent [19], Patent Number: 4,636,688. Date of Patent: Jan. 13, 19872. United States Patent [19], Patent Number: 4,636,688. Date of Patent: Jan. 13, 1987
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016150082U RU170865U1 (en) | 2016-12-20 | 2016-12-20 | Pulse generator of broadband terahertz radiation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016150082U RU170865U1 (en) | 2016-12-20 | 2016-12-20 | Pulse generator of broadband terahertz radiation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU170865U1 true RU170865U1 (en) | 2017-05-11 |
Family
ID=58716312
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016150082U RU170865U1 (en) | 2016-12-20 | 2016-12-20 | Pulse generator of broadband terahertz radiation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU170865U1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2697879C1 (en) * | 2018-08-14 | 2019-08-21 | Общество с ограниченной ответственностью "АВЕСТА" (ООО "АВЕСТА") | Femtosecond optoelectronic system for measuring the field of thz pulses obtained using an electron accelerator |
RU210996U1 (en) * | 2021-12-29 | 2022-05-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | THz pulse generator - radiation |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4636688A (en) * | 1983-09-30 | 1987-01-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Gyrotron device |
WO2003092338A1 (en) * | 2002-04-25 | 2003-11-06 | Rasar Holding N.V. | Method for generating a cold plasma for sterilizing a gaseous medium and device therefor |
RU2539678C2 (en) * | 2013-04-16 | 2015-01-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук | Method of generating electromagnetic radiation in terahertz range and apparatus for generating electromagnetic radiation in terahertz range |
-
2016
- 2016-12-20 RU RU2016150082U patent/RU170865U1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4636688A (en) * | 1983-09-30 | 1987-01-13 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Gyrotron device |
WO2003092338A1 (en) * | 2002-04-25 | 2003-11-06 | Rasar Holding N.V. | Method for generating a cold plasma for sterilizing a gaseous medium and device therefor |
RU2539678C2 (en) * | 2013-04-16 | 2015-01-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук | Method of generating electromagnetic radiation in terahertz range and apparatus for generating electromagnetic radiation in terahertz range |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2697879C1 (en) * | 2018-08-14 | 2019-08-21 | Общество с ограниченной ответственностью "АВЕСТА" (ООО "АВЕСТА") | Femtosecond optoelectronic system for measuring the field of thz pulses obtained using an electron accelerator |
RU210996U1 (en) * | 2021-12-29 | 2022-05-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | THz pulse generator - radiation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8018159B2 (en) | Magnetron device with mode converter and related methods | |
Shlapakovski et al. | Investigations of a double-gap vircator at submicrosecond pulse durations | |
McConville et al. | Demonstration of auroral radio emission mechanisms by laboratory experiment | |
RU170865U1 (en) | Pulse generator of broadband terahertz radiation | |
Cadilhon et al. | Self-contained, hand-portable, and repetitive ultrawideband radiation source | |
Sayapin et al. | $ S $-Band Relativistic Magnetron Operation With Multichannel Radial Outputs of the Microwave Power | |
US9443690B2 (en) | Device for generating microwaves | |
Roy et al. | Pulsewidth variation of an axial vircator | |
Vovchenko et al. | An accelerating voltage generator for compact pulsed neutron sources | |
RU210996U1 (en) | THz pulse generator - radiation | |
Alekseev et al. | Generation of runaway electrons in atmospheric pressure air under 30–200 kV voltage pulses of rise time 1.5 ns | |
Kekez | Details of HPM generation in atmospheric air using the laser and klystron terminology | |
Elfrgani et al. | Millimeter wave overmoded relativistic backward wave oscillator | |
Guzilov | 6 kW L-band pulsed MBK with broad frequency band of 15% | |
Delmote et al. | Performances of an ultra compact, high-power, monocycle pulse former for WB and UWB applications | |
Kekez | Description of HPM generation in atmospheric air using the laser and klystron terminology | |
Brussaard et al. | A 2.5-MV subnanosecond pulser with laser-triggered spark gap for the generation of high-brightness electron bunches | |
Litvak et al. | Development in Russia of 170 GHz gyrotron for ITER | |
Bokhan et al. | Switching Properties of Eptron—the Nanosecond Sharpener Based on the Combination of Open and Capillary Discharges | |
Andreev et al. | Emission of High-Power Ultrawideband Elliptically Polarized Pulsed Radiation by a Cylindrical Helical Antenna | |
Koops et al. | Miniaturized THz source with free-electron beams | |
Delmote et al. | Performances of a compact, high-power WB source with circular polarization | |
Dražan et al. | Axial vircator for electronic warfare applications | |
Burachenko et al. | Runaway electrons and x-ray emission in air and other gases during discharges with long rise time of voltage pulses | |
Delmote et al. | The GIMLI: A compact high-power UWB radiation source |